JPH11145492A - Apparatus and method of forming photosensor - Google Patents

Apparatus and method of forming photosensor

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JPH11145492A
JPH11145492A JP9306773A JP30677397A JPH11145492A JP H11145492 A JPH11145492 A JP H11145492A JP 9306773 A JP9306773 A JP 9306773A JP 30677397 A JP30677397 A JP 30677397A JP H11145492 A JPH11145492 A JP H11145492A
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正太郎 岡部
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勇蔵 幸田
Sunao Yoshisato
直 芳里
Akira Sakai
明 酒井
Takahiro Yajima
孝博 矢島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a large no. of photosensors, having a high quality and good uniformity by introducing a material gas between adjacent partition- like electrodes, and flowing it perpendicularly to the substrate carrying the direction to enhance a photoelectric conversion efficiency over a wide area. SOLUTION: During glow-discharging, cathode electrodes 1002 are kept, e.g., at a positive potential (self bias) of +30 V or more relative to a grounded anode electrode including a strip-like member 1000. Partition-like electrodes 1003 forming fin-like parts of the cathode electrodes are disposed perpendicular to the strip-like member 1000 carrying direction. To precisely control the compsn. in the film thickness direction for depositing a film on the conductive strip-like member 1000, a material gas is fed into discharge spaces between the adjacent partition-like electrodes 1003 and flowed perpendicularly to the strip-like member 1000 moving direction, i.e., along the width of the member 1000 between the electrodes 1003.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光起電力素子の形
成装置及び形成方法に係る。より詳細には、i型半導体
層を膜厚方向に組成比を制御して形成することにより、
大面積にわたって、高い光電変換効率と高品質で優れた
均一性とを兼ね備えた光起電力素子の形成が可能な装置
及び方法に関する。特に、アモルファスシリコンやアモ
ルファスシリコン合金を用いた太陽電池等の光起電力素
子を大量生産するロール・ツー・ロール方方式による光
起電力素子の形成装置及び形成方法として好適に用いら
れる。
The present invention relates to an apparatus and a method for forming a photovoltaic element. More specifically, by forming the i-type semiconductor layer by controlling the composition ratio in the film thickness direction,
The present invention relates to an apparatus and a method capable of forming a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency and high quality and excellent uniformity over a large area. In particular, it is suitably used as a roll-to-roll type photovoltaic device forming apparatus and method for mass-producing photovoltaic devices such as solar cells using amorphous silicon or amorphous silicon alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である光起電力素子は、電卓、腕時計など民生
用の小電力用電源として広く応用されており、また、将
来、石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力と
して実用化可能な技術として注目されている。光起電力
素子は半導体のpn接合で生じる光起電力を利用した技
術であり、シリコンなどの半導体が太陽光を吸収して電
子と正孔の光キャリアが生成し、該光キャリアをpn接
合部の内部電界に依りドリフトさせ、外部に取り出すも
のである。
2. Description of the Related Art Photovoltaic elements, which are photoelectric conversion elements for converting sunlight into electric energy, have been widely applied as small power sources for consumer use such as calculators and wristwatches. Has attracted attention as a technology that can be put to practical use as a so-called fossil fuel alternative electric power. A photovoltaic element is a technique using photovoltaic power generated at a pn junction of a semiconductor. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight to generate photocarriers of electrons and holes, and the photocarriers are converted to a pn junction. And drifts out due to the internal electric field.

【0003】このような光起電力素子の半導体を構成す
る材料としては、例えば単結晶シリコン、多結晶質シリ
コン、非結晶シリコンが挙げられる。
[0003] As a material constituting a semiconductor of such a photovoltaic element, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon can be cited.

【0004】光エネルギーを起電力に変換する効率の点
からは単結晶シリコンを用いるのが望ましいが、単結晶
等の結晶質シリコンは間接光学端を有しているため、光
吸収が小さく、単結晶シリコンの太陽電池は入射光を吸
収するために少なくとも50μmの厚さが必要となる。
また単結晶シリコンのバンドギャップは約1.1eVで
あり、太陽電池として好適な1.5eVよりも狭いため
短波長成分を有効に利用できないといった欠点もある。
It is desirable to use single crystal silicon from the point of efficiency of converting light energy into electromotive force. However, since crystalline silicon such as single crystal has an indirect optical edge, light absorption is small, and Crystalline silicon solar cells require a thickness of at least 50 μm to absorb incident light.
In addition, the band gap of single crystal silicon is about 1.1 eV, which is narrower than 1.5 eV which is suitable for a solar cell.

【0005】一方、単結晶シリコンの代わりに多結晶質
シリコンを用いた場合には、生産コストを下げることが
可能となる。しかし、間接光学端の問題は解決できず、
太陽電池の厚さを減らすことはできない。さらに多結晶
シリコンは粒界その他の問題を合わせ持っており解決さ
れるべき課題が多い。
On the other hand, when polycrystalline silicon is used in place of single crystal silicon, production costs can be reduced. However, the problem of the indirect optical edge cannot be solved,
The thickness of solar cells cannot be reduced. Further, polycrystalline silicon has grain boundaries and other problems, and there are many problems to be solved.

【0006】これらに対して、大面積化及び低コスト化
の点から化学気相成長法(CVD)により形成した非結
晶シリコンが有望視されている。しかし、この非結晶シ
リコン太陽電池は民生用小電力電源として広く普及して
きたものの、未だ電力用素子としては高効率化、安定化
の面で課題が残されている。
[0006] On the other hand, amorphous silicon formed by chemical vapor deposition (CVD) has been regarded as promising in terms of increasing the area and reducing the cost. However, although this amorphous silicon solar cell has been widely used as a small power source for consumer use, there is still a problem in terms of high efficiency and stability as a power element.

【0007】このような非結晶シリコンの課題を解決す
る方法として、以下に示すような報告がある。
As a method for solving such a problem of the amorphous silicon, there are the following reports.

【0008】米国特許2,949,498号明細書に
は、多重電池を用いて光電池の効率向上を図ることが記
載されている。この多重電池にはpn接合結晶半導体が
用いられたが、その思想は非晶質あるいは結晶質いずれ
も共通するものであり、太陽光スペクトルを、異なるバ
ンドギャップの光起電力素子により効率よく吸収させ、
Vocを増大させることにより発電効率を向上させるもの
である。
US Pat. No. 2,949,498 describes using multiple batteries to improve the efficiency of photovoltaic cells. Although a pn junction crystal semiconductor was used in this multi-cell, the idea is that both amorphous and crystalline are common, and the solar spectrum is efficiently absorbed by photovoltaic elements with different band gaps. ,
The power generation efficiency is improved by increasing Voc.

【0009】上記多重電池の改良型として、米国特許第
4,377,723号明細書には、pin接合を持つ非
晶質シリコンおよび非晶質シリコンゲルマニウムを光起
電力素子として3つの素子を積層し、素子全体のVocを
増加させるいわゆるa−SiH/a−SiGe:H/a
−SiGe:Hのトリプルセル型太陽電池が報告されて
いる。この太陽電池は、第2の光起電力素子層に非晶質
シリコンゲルマニウムを用いたことにより、第2の光起
電力素子のi層の膜厚を減少させることができ、光生成
キャリアの吹き払い効果により太陽電池於特性が向上す
る。
As an improved version of the above-mentioned multiple battery, US Pat. No. 4,377,723 discloses that three elements are stacked using amorphous silicon having a pin junction and amorphous silicon germanium as a photovoltaic element. So-called a-SiH / a-SiGe: H / a that increases Voc of the entire device
-A triple-cell solar cell of -SiGe: H has been reported. In this solar cell, since amorphous silicon germanium is used for the second photovoltaic element layer, the thickness of the i-layer of the second photovoltaic element can be reduced, and the generation of photogenerated carriers can be reduced. The characteristics of the solar cell are improved by the payment effect.

【0010】しかしながら、非晶質シリコンゲルマニウ
ムを光起電力素子の半導体を構成する材料とした場合に
は、以下のような問題点が指摘されている。
However, the following problems have been pointed out when amorphous silicon germanium is used as a material constituting a semiconductor of a photovoltaic element.

【0011】第一には、非晶質シリコンに対してゲルマ
ニウムは特性をおとす不純物として働き、シリコン、ゲ
ルマニウム、水素からなる太陽電池はその光起電力特性
が低下する。
First, germanium acts as an impurity that lowers the characteristics of amorphous silicon, and the photovoltaic characteristics of a solar cell made of silicon, germanium, and hydrogen deteriorate.

【0012】第二には、前述した非晶質シリコンゲルマ
ニウム合金(以下非晶質SiGe合金と略す)の光起電
力特性を向上させるためには、水素による非晶質SiG
e合金のゲルマニウム導入により生じた欠陥状態の補償
のみならず、エネルギーギャップ中の電子状態の大幅な
改善が必要である。
Second, in order to improve the photovoltaic characteristics of the above-mentioned amorphous silicon germanium alloy (hereinafter abbreviated as amorphous SiGe alloy), amorphous SiG
It is necessary to not only compensate for the defect state caused by the introduction of germanium into the e-alloy, but also to significantly improve the electronic state in the energy gap.

【0013】この対策として、特公昭63−48197
号公報等には、高品質な非晶質SiGe合金の作製のた
めに、活性化されたフッ素原子を用いて非晶質SiGe
合金中のダングリングボンドの補償を行い実質的に局在
化された欠陥密度を低減した非晶質SiGe合金が開示
されている。
As a countermeasure against this, Japanese Patent Publication No. Sho 63-48197
In order to produce a high-quality amorphous SiGe alloy, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No.
Amorphous SiGe alloys are disclosed that compensate for dangling bonds in the alloy to reduce substantially localized defect density.

【0014】一方、上述した膜質の本質的な向上以外の
方法としては、非晶質SiGeを含む太陽電池の特性向
上が検討されている。
On the other hand, as a method other than the above-described substantial improvement in film quality, improvement in characteristics of a solar cell containing amorphous SiGe is being studied.

【0015】その一例としては、米国特許第4,25
4,429号明細書に開示されている、p型半導体およ
び/またはn型半導体層とi型半導体層との接合界面に
おいてバンド幅の傾斜を設けるいわゆるバッファ層を用
いる方法が挙げられる。
One example is disclosed in US Pat.
No. 4,429, discloses a method using a so-called buffer layer for providing a gradient of the bandwidth at the junction interface between the p-type semiconductor and / or the n-type semiconductor layer and the i-type semiconductor layer.

【0016】他の方法としては、シリコンとゲルマニウ
ムの組成比を変化させることによりイントリンジック層
中に組成の分布を設け特性を向上させるいわゆる傾斜層
を設ける方法が開示されている。例えば、米国特許第
4,816,082号明細書には、光入射側の第一の価
電子制御された半導体層に接する部分のi層のバンドギ
ャップを広くし、中央部に向かうに従って徐々にバンド
ギャップを狭くし、更に第2の価電子制御された半導体
層に向かうに従って徐々にバンドギャップを広くしてい
く方法が開示されている。この方法によれば、光により
生成したキャリアは内部電界の働きにより、効率よく分
離でき膜特性が向上するとされている。
As another method, there is disclosed a method of providing a so-called gradient layer for improving the characteristics by distributing the composition in the intrinsic layer by changing the composition ratio of silicon and germanium. For example, in U.S. Pat. No. 4,816,082, the band gap of the i-layer at the portion in contact with the first valence electron controlled semiconductor layer on the light incident side is widened, and gradually increases toward the center. A method is disclosed in which the band gap is narrowed and the band gap is gradually widened toward the second semiconductor layer in which valence electrons are controlled. According to this method, carriers generated by light can be efficiently separated by the action of an internal electric field, and the film characteristics are improved.

【0017】基板上に光起電力素子等に用いる半導体機
能性堆積膜を連続的に形成する方法としては、各種半導
体層を形成するための独立した成膜室を設け、これらの
各成膜室はゲートバルブを介したロードロック方式にて
連結され、基板を各成膜室へ順次移動して各種半導体層
を形成する方法が知られている。
As a method of continuously forming a semiconductor functional deposition film used for a photovoltaic element or the like on a substrate, an independent film forming chamber for forming various semiconductor layers is provided, and each of these film forming chambers is provided. Are connected by a load lock method via a gate valve, and a method is known in which a substrate is sequentially moved to each film forming chamber to form various semiconductor layers.

【0018】特に、量産性を著しく向上させる方法とし
ては、米国特許4,400,409号明細書には、ロー
ル・ツー・ロール(Roll to Roll)方式を採用した連続
プラズマCVD法が開示されている。この方法によれ
ば、長尺の帯状部材を基板として、複数のグロー放電領
域において必要とされる導電型の半導体層を堆積形成し
つつ、基板をその長手方向に連続的に搬送することによ
って、半導体接合を有する素子を連続形成できることが
記載されている。
In particular, as a method for significantly improving mass productivity, US Pat. No. 4,400,409 discloses a continuous plasma CVD method employing a roll-to-roll method. I have. According to this method, a long strip-shaped member is used as a substrate, and while a conductive semiconductor layer required in a plurality of glow discharge regions is deposited and formed, the substrate is continuously transported in its longitudinal direction. It describes that an element having a semiconductor junction can be continuously formed.

【0019】この方法によれば、数百メートルにもおよ
ぶ帯状基板上に半導体層を形成するには数時間におよぶ
成膜時間を要し、均一で再現性が良い放電状態を維持制
御し半導体層を形成する必要がある。従って、長尺の帯
状部基板の始端から終端までの全体にわたって、さらに
高品位で均一な半導体堆積膜を連続的にかつ収率良く形
成する手法の開発が必要である。
According to this method, it takes several hours to form a semiconductor layer on a belt-shaped substrate having a length of several hundred meters, and a uniform and reproducible discharge state is maintained and controlled. It is necessary to form a layer. Therefore, it is necessary to develop a technique for continuously forming a high-quality and uniform semiconductor deposition film continuously and with high yield over the entire length of the long band-shaped substrate from the beginning to the end.

【0020】光起電力素子のi型半導体層として、例え
ばアモルファスシリコンゲルマニウムのグレーデッドバ
ンドギャップ薄膜半導体層を用いる場合、シラン(Si
4)、ゲルマン(GeH4)等の原料ガスを混合してグ
ロー放電分解することにより所望の導電型を有する半導
体膜が得られる。しかしながら、高品位で所望のバンド
ギャップを有するアモルファスシリコンゲルマニウム薄
膜を形成するためには、本質的に膜形成条件依存性が非
常に大きく、膜形成条件の少しのふれ(ずれ)に対して
非常に敏感であることから、何らかの原因で形成最適条
件からはずれると、たちまちフィルファクターなどの光
起電力素子の性能が低下してしまうという傾向がある。
When a graded bandgap thin film semiconductor layer of, for example, amorphous silicon germanium is used as the i-type semiconductor layer of the photovoltaic element, silane (Si)
A semiconductor film having a desired conductivity type can be obtained by mixing source gases such as H 4 ) and germane (GeH 4 ) and performing glow discharge decomposition. However, in order to form a high-quality amorphous silicon germanium thin film having a desired band gap, the dependence of the film formation conditions on the film is essentially very large, and the film formation condition is very small against slight deviation (shift). Because of its sensitivity, if it deviates from the optimum formation conditions for some reason, the performance of the photovoltaic element such as the fill factor tends to be immediately reduced.

【0021】また、従来の典型的な放電容器内構造で
は、基板を含む接地されたアノード電極全体の面積は、
カソード電極の面積に比べて非常に大きくなっている場
合が多く、そのようなカソード電極では、投入される高
周波電力のほとんどはカソード電極近傍で消費されてし
まう結果、カソード電極近傍というある限られた部分の
みにおいて材料ガスの励起、分解反応が活発となり、薄
膜形成レートは高周波電力投入側すなわちカソード電極
近傍でのみ大きくなってしまい、たとえ高周波電力を大
きく投入していったとしても、アノード電極である基板
側への高周波電力は十分に大きく投入されることはな
く、所望のとおりの高い堆積速度でもって半導体薄膜を
形成することが困難であり、ましてや良質な半導体薄膜
を得ることは誠に困難なことであった。
In a typical structure of a conventional discharge vessel, the total area of the grounded anode electrode including the substrate is:
In many cases, the area is very large compared to the area of the cathode electrode. In such a cathode electrode, most of the input high-frequency power is consumed in the vicinity of the cathode electrode. Excitation and decomposition reactions of the material gas become active only in the part, and the thin film formation rate increases only on the high-frequency power input side, that is, near the cathode electrode. High-frequency power to the substrate side is not supplied sufficiently large, and it is difficult to form a semiconductor thin film at a desired high deposition rate, and it is very difficult to obtain a good semiconductor thin film. Met.

【0022】さらに、従来の典型的な放電容器内構造、
すなわち基板を含む接地されたアノード電極全体の面積
がカソード電極の面積に比べて非常に大きな構造の放電
容器では、直流(DC)電源等を用いてカソード電極へ
正の電位(バイアス)を印加する手法も行われてはい
る。しかしながら、このような系では直流電源という2
次的な手段を用いている結果、プラズマ放電に直流電流
が流れてしまう系であるが故に、直流電圧バイアスを大
きくしていくとスパーク等の異常放電が起こってしま
い、これを抑制し安定な放電を維持することが非常に困
難であった。したがって、プラズマ放電に直流電圧を印
加することの効果が有効かどうか不鮮明であった。これ
は直流電圧と直流電流とを分離できていない系であるこ
とに起因する。すなわち、プラズマ放電に対して効果的
に直流電圧だけを印加する手段が望まれていた。
Furthermore, a typical structure of a conventional discharge vessel,
That is, in a discharge vessel having a structure in which the entire area of the grounded anode electrode including the substrate is much larger than the area of the cathode electrode, a positive potential (bias) is applied to the cathode electrode using a direct current (DC) power supply or the like. Techniques are in place. However, in such a system, a DC power supply is used.
As a result of using the following means, the DC current flows through the plasma discharge, so if the DC voltage bias is increased, abnormal discharge such as sparks will occur. It was very difficult to maintain the discharge. Therefore, it was unclear whether the effect of applying a DC voltage to the plasma discharge was effective. This is because the DC voltage and the DC current cannot be separated. That is, means for effectively applying only a DC voltage to plasma discharge has been desired.

【0023】また、光起電力素子のi型半導体層は、素
子特性の観点からその層厚が高々数百から千数百Åと非
常に薄く設定される場合が多く、とりわけ積層型光起電
力素子の形成時には、その層厚の均一性、膜の密着性、
組成、特性の均一性、再現性が素子の特性に影響するだ
けでなく、素子の歩留にも大きく影響するものである。
The i-type semiconductor layer of the photovoltaic element is often set to a very thin thickness of several hundred to several hundreds of mm at most from the viewpoint of element characteristics. At the time of element formation, uniformity of the layer thickness, adhesion of the film,
The composition, the uniformity of the characteristics, and the reproducibility not only affect the characteristics of the device, but also greatly affect the yield of the device.

【0024】したがって、空間的にも時間的にも均一で
かつ再現性よく非単結晶薄膜を形成するためには、長時
間にわたるなお一層の放電安定性と、再現性及び均一性
を向上させた形成方法および形成装置が求められてい
る。また、装置のスループットを向上させ、コストダウ
ンを図るためには、半導体薄膜の品質を維持したまま、
大きな堆積速度が実現できる形成方法および形成装置の
開発が望まれている。さらに、i型半導体層の基本特性
では、電気的、光学的に光起電力素子の特性を大きく左
右し、特に積層型光起電力素子においては、光学的禁制
帯幅やフェルミ準位の精密な制御が必要とされるため、
高品位なi型半導体層を再現性よく均一にかつ連続的に
形成し得るための方法および装置が要求されている。
Therefore, in order to form a non-single-crystal thin film which is uniform in space and time and has good reproducibility, the discharge stability over a long period of time and the reproducibility and uniformity are improved. There is a need for a forming method and a forming apparatus. In order to improve the throughput of the equipment and reduce costs, while maintaining the quality of the semiconductor thin film,
It is desired to develop a forming method and a forming apparatus capable of realizing a high deposition rate. Furthermore, the basic characteristics of the i-type semiconductor layer greatly affect the characteristics of the photovoltaic element electrically and optically. In particular, in the stacked photovoltaic element, the precise optical band gap and the precise Fermi level Because control is needed,
There is a need for a method and apparatus for forming a high-quality i-type semiconductor layer uniformly and continuously with good reproducibility.

【0025】[0025]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、連続して移
動する帯状部材上に、大面積にわたって、光電変換効率
が高く、高品質で優れた均一性を有し、再現性に優れ、
かつ、欠陥の発生が少ない、光起電力素子を大量に作製
することが可能な形成方法及び形成装置を提供すること
を目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to provide a photoelectric conversion device having high photoelectric conversion efficiency, high quality, excellent uniformity, and excellent reproducibility over a large area on a continuously moving belt-like member.
Further, it is an object of the present invention to provide a forming method and a forming apparatus capable of producing a large amount of photovoltaic elements with few defects.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術に
おける上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成
すべく鋭意研究を重ねた結果、完成に至ったものであ
る。
Means for Solving the Problems The present inventor has solved the above-mentioned problems in the prior art and made intensive studies to achieve the object of the present invention.

【0027】本発明の光起電力素子の形成装置は、連続
的に移動する導電性の帯状部材上に、非単結晶からなる
第1の導電型半導体層、i型半導体層及び第2の導電型
半導体層を順次積層した構造体を1組以上有する光起電
力素子の形成装置において、前記i型半導体層の形成に
用いる放電容器は、放電空間に設置された高周波電力印
加電極(以下カソード電極と呼ぶ)の放電空間における
表面積が、前記帯状部材の表面積を含むアノード電極全
体の放電空間における表面積よりも大きく、グロー放電
生起時におけるカソード電極の電位(以下自己バイアス
と呼ぶ)が前記帯状部材を含む接地されたアノード電極
に対して+30V以上の正電位を維持することができ、
なおかつ、フィン状の形状をした前記カソード電極の一
部(以下しきり状電極と呼ぶ)は前記帯状部材の搬送方
向に垂直に複数設置され、前記しきり状電極各々の間隔
は隣り合う前記しきり状電極の間における放電が生起維
持するに充分な間隔を有するカソード構造と、前記i型
半導体層の形成に用いる材料ガスを隣り合うしきり状電
極の間からしきり状電極間の放電空間内へ導入するとと
もに、前記しきり状電極に沿って帯状部材の移動方向と
は直行する方向(帯状部材の幅方向)に流し、前記カソ
ード電極に高周波電力を印加して前記材料ガスをプラズ
マ放電によって分解する機構と、を備えたことを特徴と
している。
According to the photovoltaic device forming apparatus of the present invention, a first conductive type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a second conductive layer made of a non-single crystal are formed on a continuously moving conductive strip. In an apparatus for forming a photovoltaic element having one or more sets of structures in which type semiconductor layers are sequentially stacked, a discharge vessel used for forming the i-type semiconductor layer includes a high-frequency power application electrode (hereinafter referred to as a cathode electrode) provided in a discharge space. ) In the discharge space is larger than the surface area of the entire anode electrode including the surface area of the strip-shaped member in the discharge space, and the potential of the cathode electrode (hereinafter, referred to as self-bias) when the glow discharge occurs is caused by the strip-shaped member. A positive potential of +30 V or more with respect to the grounded anode electrode,
In addition, a part of the fin-shaped cathode electrode (hereinafter, referred to as a “strip-shaped electrode”) is provided in a plurality in a direction perpendicular to the transport direction of the strip-shaped member, and the intervals between the strip-shaped electrodes are adjacent to each other. And a cathode structure having a sufficient interval to maintain and maintain a discharge between the electrodes, and a material gas used for forming the i-type semiconductor layer is introduced into the discharge space between the adjacent electrodes from between adjacent adjacent electrodes. A mechanism that flows in a direction (width direction of the band-shaped member) perpendicular to the moving direction of the band-shaped member along the strip-shaped electrode, applies high-frequency power to the cathode electrode, and decomposes the material gas by plasma discharge; It is characterized by having.

【0028】また本発明の光起電力素子の形成装置は、
前記しきり状電極間の放電空間に複数種の材料ガスを導
入する際、前記複数種の材料ガスをそれぞれ独立して前
記放電空間に導くガス供給手段を備えたことを特徴とし
ている。
Further, the apparatus for forming a photovoltaic element according to the present invention comprises:
When a plurality of types of material gases are introduced into the discharge space between the separated electrodes, a gas supply unit is provided which guides the plurality of types of material gases to the discharge space independently of each other.

【0029】上述した構成からなる本発明の光起電力素
子の形成装置は、次に示すような作用を有する。
The apparatus for forming a photovoltaic element of the present invention having the above-described structure has the following functions.

【0030】(1)i型半導体層の形成に用いる放電容
器が、放電空間に設置された高周波電力印加電極(以下
カソード電極と呼ぶ)の放電空間における表面積が、前
記帯状部材の表面積を含むアノード電極全体の放電空間
における表面積よりも大きく、グロー放電生起時におけ
るカソード電極の電位(以下自己バイアスと呼ぶ)が前
記帯状部材を含む接地されたアノード電極に対して+3
0V以上の正電位を維持することができ、なおかつ、フ
ィン状の形状をした前記カソード電極の一部(以下しき
り状電極と呼ぶ)は前記帯状部材の搬送方向に垂直に複
数設置され、前記しきり状電極各々の間隔は隣り合う前
記しきり状電極の間における放電が生起維持するに充分
な間隔を有するカソード構造を備えたことよって、従来
の装置において欠点であるところのカソード電極近傍と
いうある限られた部分のみにおいて材料ガスの励起、分
解反応が促進されることなく、放電空間全体、どちらか
といえば帯状部材を含むアノード電極側において上述の
材料ガスの励起、分解反応を促進し、比較的高い堆積速
度をもってして、該帯状部材上へ効率よく薄膜を堆積さ
せることができる。すなわち、カソードへ投入される高
周波電力量をうまく調整し、投入される高周波電力をよ
り有効に利用して放電空間内に導入される材料ガスを効
率的に励起、分解し、しかも高品位な非単結晶半導体薄
膜を該帯状部材上へ均一で再現性よく比較的高い堆積速
度でもって形成することが可能となる。
(1) The discharge vessel used for forming the i-type semiconductor layer is such that the surface area in the discharge space of a high-frequency power application electrode (hereinafter referred to as a cathode electrode) provided in the discharge space includes the surface area of the strip-shaped member. It is larger than the surface area of the entire electrode in the discharge space, and the potential of the cathode electrode (hereinafter referred to as “self-bias”) when a glow discharge occurs is +3 with respect to the grounded anode electrode including the strip-shaped member.
A positive electrode having a positive potential of 0 V or more can be maintained, and a plurality of fin-shaped cathode electrodes (hereinafter, referred to as “cut-off electrodes”) are provided in plural in a direction perpendicular to the transport direction of the belt-like member. The distance between each of the electrode-shaped electrodes is limited to the vicinity of the cathode electrode, which is a drawback in the conventional device because of having a cathode structure having a sufficient distance for maintaining and maintaining a discharge between the adjacent electrode-shaped electrodes. Excitation and decomposition reaction of the material gas are not promoted only in the part where the material gas is excited, decomposition reaction is promoted in the entire discharge space, and rather on the anode electrode side including the band-shaped member, and is relatively high. With a deposition rate, a thin film can be efficiently deposited on the belt-shaped member. That is, the amount of high-frequency power supplied to the cathode is properly adjusted, and the high-frequency power supplied is used more effectively to efficiently excite and decompose the material gas introduced into the discharge space. A single-crystal semiconductor thin film can be formed on the belt-shaped member uniformly and with good reproducibility at a relatively high deposition rate.

【0031】(2)前記i型半導体層の形成に用いる材
料ガスを隣り合うしきり状電極の間からしきり状電極間
の放電空間内へ導入するとともに、前記しきり状電極に
沿って帯状部材の移動方向とは直行する方向(帯状部材
の幅方向)に流し、前記カソード電極に高周波電力を印
加して前記材料ガスをプラズマ放電によって分解する機
構を備えたことによって、帯状部材の搬送方向に沿って
複数個の隣接したプラズマ空間を設けることができる。
その結果、従来の技術において欠点であるところのロー
ル・ツー・ロール方式におけるi型グレーデッドバンド
ギャップ半導体層形成に必要な長大な成膜空間(すなわ
ちチャンバー長さ)を大幅に短縮することができる形成
装置が得られる。
(2) The material gas used for forming the i-type semiconductor layer is introduced into the discharge space between the adjacent strip electrodes from the space between the adjacent strip electrodes, and the belt-like member moves along the cut electrodes. A direction is perpendicular to the direction (the width direction of the strip-shaped member), and a mechanism is provided for applying high-frequency power to the cathode electrode to decompose the material gas by plasma discharge. A plurality of adjacent plasma spaces can be provided.
As a result, a long film-forming space (that is, a chamber length) required for forming the i-type graded band gap semiconductor layer in the roll-to-roll method, which is a drawback in the conventional technology, can be significantly reduced. A forming device is obtained.

【0032】(3)前記しきり状電極間の放電空間に複
数種の材料ガスを導入する際、前記複数種の材料ガスを
それぞれ独立して前記放電空間に導くガス供給手段を備
えたことによって、帯状部材の搬送方向に沿って任意の
組成比からなるガスを自由に導入することができる。そ
の結果、帯状部材上に膜厚方向に精密に組成制御された
堆積膜の形成が可能となる。
(3) When a plurality of types of material gases are introduced into the discharge space between the separated electrodes, a gas supply means for independently introducing the plurality of types of material gases into the discharge space is provided. A gas having an arbitrary composition ratio can be freely introduced along the transport direction of the belt-shaped member. As a result, a deposited film whose composition is precisely controlled in the film thickness direction on the belt-shaped member can be formed.

【0033】すなわち、本発明の装置を用いることによ
り、膜厚方向に精密に組成制御された、例えばシリコン
ゲルマニウムグレーデッドバンドギャップ半導体膜を、
従来よりもコンパクトな装置で、かつ、材料ガスの消費
量を削減して形成することができる。ここで、コンパク
トな装置とは、チャンバー数の削減された装置あるいは
チャンバーの長さが短縮された装置を指す。
That is, by using the apparatus of the present invention, for example, a silicon germanium graded band gap semiconductor film whose composition is precisely controlled in the thickness direction can be formed.
The apparatus can be formed with a more compact apparatus than before and with reduced consumption of material gas. Here, a compact device refers to a device with a reduced number of chambers or a device with a reduced chamber length.

【0034】本発明の光起電力素子の形成方法は、連続
的に移動する導電性の帯状部材上に、非単結晶からなる
第1の導電型半導体層、i型半導体層及び第2の導電型
半導体層を順次積層した構造体を1組以上有する光起電
力素子の形成方法において、前記i型半導体層の形成に
用いる放電容器として、放電空間に設置された高周波電
力印加電極(以下カソード電極と呼ぶ)の放電空間にお
ける表面積が、前記帯状部材の表面積を含むアノード電
極全体の放電空間における表面積よりも大きな構造を有
し、グロー放電生起時におけるカソード電極の電位(以
下自己バイアスと呼ぶ)が前記帯状部材を含む接地され
たアノード電極に対して+30V以上の正電位を維持す
ることができ、なおかつ、フィン状の形状をした前記カ
ソード電極の一部(以下しきり状電極と呼ぶ)は前記帯
状部材の搬送方向に垂直に複数設置され、前記しきり状
電極各々の間隔は隣り合う前記しきり状電極の間におけ
る放電が生起維持するに充分な間隔を有するカソード構
造を有する放電容器を備えた光起電力素子の形成装置を
用い、i型半導体層の形成に用いる材料ガスを隣り合う
しきり状電極の間からしきり状電極間の放電空間内へ導
入するとともに、前記しきり状電極に沿って帯状部材の
移動方向とは直行する方向(帯状部材の幅方向)に流し
ながら、前記カソード電極に高周波電力を印加して前記
材料ガスをプラズマ放電によって分解することによって
前記i型半導体層を形成することを特徴としている。
According to the method of forming a photovoltaic element of the present invention, a first conductive type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer and a second conductive layer made of a non-single crystal are formed on a continuously moving conductive strip. In a method for forming a photovoltaic device having at least one set of structures in which type semiconductor layers are sequentially stacked, a high-frequency power application electrode (hereinafter referred to as a cathode electrode) provided in a discharge space is used as a discharge vessel for forming the i-type semiconductor layer. ) Has a structure in which the surface area in the discharge space is larger than the surface area of the entire anode electrode including the surface area of the strip-shaped member in the discharge space, and the potential of the cathode electrode (hereinafter referred to as self-bias) at the time of occurrence of a glow discharge. A part of the fin-shaped cathode electrode, which can maintain a positive potential of +30 V or more with respect to a grounded anode electrode including the strip-shaped member. A plurality of cathodes are provided perpendicular to the direction in which the belt-shaped member is conveyed, and the gaps between each of the gap-shaped electrodes have a sufficient interval for generating and maintaining a discharge between adjacent gap-shaped electrodes. Using a device for forming a photovoltaic element provided with a discharge vessel having a structure, a material gas used for forming an i-type semiconductor layer is introduced into the discharge space between the adjacent electrodes from between adjacent adjacent electrodes, By flowing high-frequency power to the cathode electrode and decomposing the material gas by plasma discharge while flowing in a direction perpendicular to the moving direction of the band-shaped member (width direction of the band-shaped member) along the strip-shaped electrode, It is characterized in that an i-type semiconductor layer is formed.

【0035】また本発明の光起電力素子の形成方法は、
前記しきり状電極間の放電空間に導入する材料ガスを複
数種設け、それぞれ独立して前記放電空間に導くこと
で、帯状部材の移動方向に沿って導入される材料ガスの
組成比(混合比)を変えて前記i型半導体層を形成する
ことを特徴としている。
Further, the method of forming a photovoltaic element of the present invention comprises:
By providing a plurality of types of material gases to be introduced into the discharge space between the cut-off electrodes and guiding them independently to the discharge space, the composition ratio (mixing ratio) of the material gas introduced along the moving direction of the strip-shaped member And forming the i-type semiconductor layer.

【0036】上述した構成からなる本発明の光起電力素
子の形成方法は、次のような作用を有する。
The method for forming a photovoltaic element according to the present invention having the above-described structure has the following operation.

【0037】(1)前述した構成からなる装置を用いる
ことによって、数百メートルにもおよぶ帯状部材に半導
体層を形成するといった長時間におよぶ成膜時間全体に
わたって、均一で再現性が良い放電状態を維持制御し、
組成制御された半導体層を形成することが可能となる。
(1) By using the apparatus having the above-described configuration, a discharge state that is uniform and has good reproducibility over a long film formation time such as forming a semiconductor layer on a belt-shaped member having a length of several hundred meters. Maintain control and
It is possible to form a semiconductor layer whose composition is controlled.

【0038】(2)上記(1)により、長尺の帯状部材
の始端から終端までの全体にわたって、高品位で均一な
半導体堆積膜を連続的かつ収率良く形成可能となる。
(2) According to the above (1), a high-quality and uniform semiconductor deposited film can be formed continuously and with high yield over the entire length of the long band-shaped member from the start to the end.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】本発明に係る光起電力素子の形成
装置及び形成方法では、以下に示す構成が好ましい形態
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the apparatus and method for forming a photovoltaic element according to the present invention, the following configuration is a preferred embodiment.

【0040】本発明の装置において、カソード電極の材
料としては、ステンレスおよびその合金、アルミニウム
およびその合金等が考えられるが、その他に、導電性性
質を持った材質であれば特にこれらに限った材料である
必要はない。アノード電極材料に関しても同様である。
In the device of the present invention, the material of the cathode electrode may be stainless steel and its alloys, aluminum and its alloys, etc. In addition, any other materials having conductivity may be used. Need not be. The same applies to the anode electrode material.

【0041】本発明の光起電力素子を連続的に作製する
装置は、帯状部材を長手方向に連続的に移動させながら
光起電力素子の成膜空間を順次通過させ、光起電力素子
を連続的に作製する装置、あるいは複数の光起電力素子
の成膜空間を順次通過させ、積層型光起電力素子を連続
的に作製する装置である。また、本発明の装置は、グロ
ー放電空間内に設置されたカソード電極の電位(自己バ
イアス)が、前記帯状部材を含む接地(アノード)電極
に対して正電位を維持し得る構造を有し、なおかつ、フ
ィン状もしくはブロック状の形状をした前記しきり状電
極は前記帯状部材の搬送方向に平行もしくは垂直に複数
設置され、前記しきり状電極各々の間隔は隣り合う前記
しきり状電極の間における放電が生起維持するに充分な
間隔を有するカソード構造をもつ装置である。
In the apparatus for continuously manufacturing a photovoltaic element according to the present invention, the belt-shaped member is successively moved in the longitudinal direction while sequentially passing through the film formation space of the photovoltaic element, and the photovoltaic element is continuously formed. This is an apparatus for continuously manufacturing, or an apparatus for sequentially manufacturing a stacked photovoltaic element by sequentially passing through a film forming space of a plurality of photovoltaic elements. Further, the device of the present invention has a structure in which the potential (self-bias) of the cathode electrode installed in the glow discharge space can maintain a positive potential with respect to the ground (anode) electrode including the strip-shaped member, In addition, a plurality of the fin-shaped or block-shaped partition electrodes are provided in parallel or perpendicular to the transport direction of the band-shaped member, and the interval between the partition electrodes is such that a discharge between the adjacent partition electrodes is generated. This is a device having a cathode structure with a sufficient space to maintain the occurrence.

【0042】本発明は、グロー放電空間に設置された高
周波電力印加カソード電極の放電に接する空間における
表面積が、帯状部材を含む接地された電極全体(アノー
ド電極)の放電空間における表面積よりも大きくするこ
とを特徴とし、さらにグロー放電を生起し半導体薄膜形
成時のカソード電極の電位(自己バイアス)を、投入す
る高周波電力を調整することを併用することによって、
+30Vに維持した状態にて、i型半導体薄膜を堆積す
ることを特徴とする。
According to the present invention, the surface area of the space in contact with the discharge of the high-frequency power application cathode electrode provided in the glow discharge space is made larger than the surface area of the whole grounded electrode (anode electrode) including the strip-shaped member in the discharge space. In addition, by adjusting the applied high frequency power, the potential (self-bias) of the cathode electrode at the time of forming a semiconductor thin film by generating a glow discharge,
The method is characterized in that an i-type semiconductor thin film is deposited while maintaining the voltage at +30 V.

【0043】また、本発明では、前記しきり状電極を前
記帯状部材の搬送方向に複数設置し、前記しきり状電極
各々の間隔は隣り合う前記しきり状電極の間における放
電が生起維持するに充分な間隔を有することにより、カ
ソード電極には比較的大きな正電位をセルフバイアスに
て生起維持することが可能である。この構成は、別途設
けた直流(DC)電源等を用いたバイアス印加方法等と
は異なり、スパーク等による異常放電の発生を抑制する
ことができるので、放電を安定して生起維持することが
可能となり、なおかつ、正の自己バイアスが生起された
カソード電極の一部、すなわちしきり状電極の先端部が
前記帯状部材に対して比較的接近していることから、生
起された比較的大きな正電位を前記帯状部材の堆積膜に
対して、放電空間を介して効率よく安定してバイアス印
加することが可能となる。この構成は、従来の典型的な
装置におけるカソード電極構造、すなわちカソード電極
面積がアノード(接地)電極面積に対して小さい平行平
板型のカソード電極構造において、例えば単にカソード
/基板間距離を短くする方法や直流電源を併用して直流
電圧をカソードへ印加する方法等とは明らかに異なるセ
ルフバイアス電位であり、直流バイアス印加効果であ
る。
Further, in the present invention, a plurality of the cut-off electrodes are provided in the transport direction of the strip-shaped member, and the interval between the cut-off electrodes is sufficient to generate and maintain a discharge between the adjacent cut-off electrodes. By providing an interval, a relatively large positive potential can be generated and maintained at the cathode electrode by a self-bias. This configuration is different from a bias application method using a separately provided direct current (DC) power supply or the like, and can suppress occurrence of abnormal discharge due to sparks or the like, thereby stably generating and maintaining discharge. In addition, since a part of the cathode electrode where the positive self-bias is generated, that is, the tip of the cut-off electrode is relatively close to the band-shaped member, the generated relatively large positive potential is generated. A bias can be efficiently and stably applied to the deposited film of the belt-shaped member via the discharge space. This configuration is a method of simply shortening the distance between the cathode and the substrate in the cathode electrode structure in the conventional typical device, that is, in the parallel plate type cathode electrode structure in which the cathode electrode area is smaller than the anode (ground) electrode area. And a self-bias potential which is clearly different from a method of applying a DC voltage to the cathode by using a DC power supply in combination with the DC power supply.

【0044】本発明は、i型非単結晶半導体を上述した
構成の装置にて形成することを特徴とし、カソード電極
が正電位に維持されることにより、帯状部材状の堆積膜
に対して正電荷をもつイオンを照射する方向にバイアス
印加されるため、プラズマ放電内に存在するイオンが帯
状部材の方向へより効率よく印加されいわゆるイオンボ
ンバートメントによって堆積膜表面に効果的にエネルギ
ーを与えることができる。その結果、比較的高い堆積速
度においても膜の構造緩和が促進され、膜の良質化、緻
密化が向上し、高品位な半導体薄膜を比較的容易に得る
ことができる。i型非単結晶半導体薄膜の形成に際して
は、上述したカソード電極電位の値は形成する薄膜の特
性を大きく左右し、良質なi型半導体層を比較的高い堆
積速度にて均一性よくかつ再現性よく実現するために、
上述した通りカソード電極の電位を+30V以上、望ま
しくは+100V以上、さらに望ましくは+150V以
上に維持した状態で薄膜を堆積する。
The present invention is characterized in that an i-type non-single-crystal semiconductor is formed by the above-described apparatus, and the cathode electrode is maintained at a positive potential, so that a positive electrode is formed on the strip-shaped deposition film. Since the bias is applied in the direction of irradiating the charged ions, the ions present in the plasma discharge are more efficiently applied in the direction of the band-shaped member, and the energy is effectively applied to the surface of the deposited film by so-called ion bombardment. it can. As a result, even at a relatively high deposition rate, the relaxation of the structure of the film is promoted, the quality and densification of the film are improved, and a high-quality semiconductor thin film can be relatively easily obtained. In forming an i-type non-single-crystal semiconductor thin film, the value of the above-described cathode electrode greatly affects the characteristics of the thin film to be formed, and a high-quality i-type semiconductor layer can be formed at a relatively high deposition rate with good uniformity and reproducibility. To realize well,
As described above, the thin film is deposited while maintaining the potential of the cathode electrode at +30 V or more, preferably +100 V or more, and more preferably +150 V or more.

【0045】また、本発明では、放電空間に導入する材
料ガスの流れる方向を、帯状部材の搬送方向とは直角の
方向、すなわち帯状部材の幅方向へ流すことを特徴と
し、さらに、放電空間に導入する材料ガスは、帯状部材
の搬送方向に平行に複数個配列した前記しきり状電極の
間を帯状部材の搬送方向に直角に流れる。しきり状電極
の間に導入する材料ガスの組成を帯状部材の搬送方向で
変化させることで、帯状部材状に膜厚方向に精密に組成
制御された堆積膜を形成することができる。
Further, the present invention is characterized in that the flow direction of the material gas introduced into the discharge space flows in a direction perpendicular to the conveying direction of the belt-shaped member, that is, in the width direction of the band-shaped member. The material gas to be introduced flows at right angles to the transport direction of the band-shaped member between the plurality of the strip-shaped electrodes arranged in parallel to the transport direction of the band-shaped member. By changing the composition of the material gas introduced between the separated electrodes in the transport direction of the strip-shaped member, a deposited film whose composition is precisely controlled in the film thickness direction can be formed in the strip-shaped member.

【0046】以下では、本発明に係る光起電力素子の形
成装置について述べる。
Hereinafter, an apparatus for forming a photovoltaic element according to the present invention will be described.

【0047】図1は、本発明の形成装置を構成する放電
容器内の構造を示した模式的な断面図である。図2は、
図1に示したカソード電極の一例を示す模式的な鳥瞰図
である。図1において、1000は導電性帯状部材、1
001は真空容器、1002はカソード電極、1003
はしきり状電極、1004は接地(アノード)電極、1
005はランプヒーター、1006は排気口、1007
はガス導入管、1008はガスゲート、1009は絶縁
ガイシ、1010は放電空間である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure inside the discharge vessel constituting the forming apparatus of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a schematic bird's-eye view showing an example of the cathode electrode shown in FIG. 1. In FIG. 1, reference numeral 1000 denotes a conductive belt-like member;
001 is a vacuum container, 1002 is a cathode electrode, 1003
A strip-shaped electrode, 1004 is a ground (anode) electrode, 1
005 is a lamp heater, 1006 is an exhaust port, 1007
Denotes a gas introduction pipe, 1008 denotes a gas gate, 1009 denotes an insulating insulator, and 1010 denotes a discharge space.

【0048】図1のカソード電極1002は、図2に示
したカソード電極例と同様の構造を有しており、接地
(アノード)電極1004上に絶縁ガイシ1009によ
って電気的に絶縁された状態で設置されている。導電性
帯状部材1000は、カソード電極1002の上方空間
を、不図示の複数のマグネットローラで支えられなが
ら、下に位置するカソード電極および上に位置するラン
プヒーター1005に物理的に接することなく矢印で示
される方向へ移動する。材料ガスはガス導入管1007
から導入され、帯状部材とカソード電極との間を帯状部
材の搬送方向と直角な方向に通り排気口1006から不
図示の真空ポンプによって排気される。カソード電極お
よびアノード電極材料としては、SUS316を用い
た。カソード電極に不図示の高周波電極から高周波を印
加し、生起されるグロー放電の放電領域は、カソード電
極の一部であるところの複数接地されたしきり状電極1
003同士の隙間および帯状部材とカソード電極との間
の空間であり、上部の導電性帯状部材1000で閉じこ
められた領域となる。
The cathode electrode 1002 in FIG. 1 has the same structure as the cathode electrode example shown in FIG. 2, and is installed on a ground (anode) electrode 1004 in a state where it is electrically insulated by an insulating insulator 1009. Have been. The conductive band-shaped member 1000 supports the space above the cathode electrode 1002 by arrows without being physically in contact with the cathode electrode located below and the lamp heater 1005 located above while being supported by a plurality of magnet rollers (not shown). Move in the direction indicated. The material gas is a gas introduction pipe 1007
And passes between the belt-shaped member and the cathode electrode in a direction perpendicular to the transport direction of the belt-shaped member, and is exhausted from an exhaust port 1006 by a vacuum pump (not shown). SUS316 was used as a cathode electrode and anode electrode material. A high frequency is applied from a high frequency electrode (not shown) to the cathode electrode, and the discharge region of the glow discharge generated is a plurality of grounded strip-shaped electrodes 1 which are a part of the cathode electrode.
003 and a space between the strip-shaped member and the cathode electrode, and a region enclosed by the upper conductive strip-shaped member 1000.

【0049】このような構造の放電容器を用いた場合、
カソード電極の面積の帯状部材を含む接地されたアノー
ド電極の面積に対する比率は、明らかに1よりも大きな
ものとなる。さらに帯状部材1000とカソード電極の
一部であるフィン状もしくはブロック状の形状をしたし
きり状電極1003との最近接距離(図1におけるl
1)が5cm以下の範囲内とするのが効果的である。さ
らに、複数設置されたしきり状電極1003同士の間隔
は放電が生起維持するに充分な間隔を有し、その適度な
間隔(図2におけるl2)が、3cm以上10cm以下
の範囲内とするのが効果的である。
When a discharge vessel having such a structure is used,
The ratio of the area of the cathode electrode to the area of the grounded anode electrode including the strips is clearly greater than one. Further, the closest distance between the strip-shaped member 1000 and a fin-shaped or block-shaped cut-off electrode 1003 which is a part of the cathode electrode (l in FIG. 1)
It is effective that 1) be within the range of 5 cm or less. Further, the interval between the plurality of threshold electrodes 1003 provided has a sufficient interval for generating and maintaining the discharge, and the appropriate interval (12 in FIG. 2) should be within a range of 3 cm or more and 10 cm or less. It is effective.

【0050】図10は、従来のカソード電極を有する放
電容器の一例を示す模式的な断面図である。図10から
明らかなように、放電空間に接するカソード電極200
2の表面積は、同じく放電空間に接する導電性帯状部材
2000を含む接地されたアノード電極2004全体の
表面積に比べて小さな構造となっている。すなわち、カ
ソード電極の面積の帯状部材を含む接地されたアノード
電極の面積に対する比率は、明らかに1よりも小さなも
のとなる。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing an example of a conventional discharge vessel having a cathode electrode. As is apparent from FIG. 10, the cathode electrode 200 in contact with the discharge space
2 has a smaller structure than the total surface area of the grounded anode electrode 2004 including the conductive strip member 2000 which is also in contact with the discharge space. That is, the ratio of the area of the cathode electrode to the area of the grounded anode electrode including the strip-shaped member is clearly smaller than 1.

【0051】図3〜図7は、図1のカソード電極におい
て材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材料ガス
の流れとを示した、帯状部材の側からみたカソード電極
の模式的な平面図である。図中に示した矢印は、材料ガ
スの流れる方向を示す。
FIGS. 3 to 7 are schematic plan views of the cathode electrode viewed from the side of the belt-like member, showing the positions where the material gas inlet and exhaust ports are provided and the flow of the material gas in the cathode electrode of FIG. FIG. The arrows shown in the figure indicate the direction in which the material gas flows.

【0052】導電性帯状部材1000上に形成する堆積
膜において、膜厚方向に精密な組成制御を行うために、
材料ガスは隣接するしきり状電極1003間の放電空間
にそれぞれ導入し、しきり電極1003の間を帯状部材
1000の移動方向に直角(帯状部材1000の幅方
向)に流す。また、供給される材料ガスの組成比(混合
比)は、帯状部材1000の移動方向に沿って調整す
る。
In order to precisely control the composition of the deposited film formed on the conductive strip 1000 in the thickness direction,
The material gas is introduced into the discharge space between the adjacent strip electrodes 1003, and flows between the strip electrodes 1003 at right angles to the moving direction of the strip member 1000 (in the width direction of the strip member 1000). The composition ratio (mixing ratio) of the supplied material gas is adjusted along the moving direction of the belt-shaped member 1000.

【0053】材料ガスの供給位置すなわちガス導入管1
007を設ける位置は、帯状部材に対向するカソード電
極上からでも(図3)、隣接するしきり状電極間を繋ぐ
板からでもかまわない(図4)。排気口の位置も帯状部
材に対向するカソード電極上に設けても(図3)、隣接
するしきり状電極間を繋ぐ板に設けてもかまわない(図
4)。材料ガスの放電空間での流れがしきり状電極に沿
って帯状部材の移動方法に直角(帯状部材の幅方向)に
流れれば、材料ガスの導入位置、排気口位置に制約は無
い。
Supply position of material gas, that is, gas introduction pipe 1
The position where 007 is provided may be on the cathode electrode facing the strip-shaped member (FIG. 3) or may be on a plate connecting between adjacent strip-shaped electrodes (FIG. 4). The position of the exhaust port may be provided on the cathode electrode facing the strip-shaped member (FIG. 3) or may be provided on a plate connecting the adjacent strip-shaped electrodes (FIG. 4). If the flow of the material gas in the discharge space flows at right angles (in the width direction of the belt-like member) to the moving method of the belt-like member along the threshold electrode, there are no restrictions on the introduction position of the material gas and the exhaust port position.

【0054】図5〜図7は、帯状部材の幅が広い場合
に、帯状部材の幅方向での堆積膜の諸特性の均一性を考
慮して考案した材料ガスの導入口と排気口を設ける位置
を示した、帯状部材の側からみたカソード電極の模式的
な断面図である。図中に示した矢印は、材料ガスの流れ
る方向を示す。材料ガスの導入位置と排気口のあいだの
距離が広がりすぎないように、材料ガスの導入位置また
は排気口を帯状部材の搬送方向に副数個配置したり(図
5)、隣り合う放電空間で交互にまたはずらして配置し
たり(図6)、あるいは、材料ガスの流れを隣り合う放
電空間で交互にする(図7)ことで、放電空間内の帯状
部材幅方向のプラズマの均一性を上げ、帯状部材上に形
成される堆積膜の組成を幅方向で均一にする。
FIGS. 5 to 7 show a material gas inlet and a gas outlet designed in consideration of the uniformity of various characteristics of the deposited film in the width direction of the band-shaped member when the band-shaped member is wide. It is the typical sectional view of the cathode electrode which saw the position and was seen from the belt-like member side. The arrows shown in the figure indicate the direction in which the material gas flows. In order to prevent the distance between the material gas introduction position and the exhaust port from becoming too wide, several sub-positions of the material gas introduction position or the exhaust port are arranged in the conveying direction of the strip-shaped member (FIG. 5), or in the adjacent discharge space. The uniformity of the plasma in the width direction of the strip-shaped member in the discharge space is increased by alternately or staggering the arrangement (FIG. 6), or by alternately changing the flow of the material gas in the adjacent discharge space (FIG. 7). The composition of the deposited film formed on the belt-shaped member is made uniform in the width direction.

【0055】図8及び図9は、放電空間に導入する材料
ガス流量の制御方法を示した概念的模式図である。
FIGS. 8 and 9 are conceptual schematic views showing a method of controlling the flow rate of the material gas introduced into the discharge space.

【0056】図8は、膜厚方向に均一な組成の堆積膜を
形成するための材料ガスの導入方法および制御方法を示
した図である。ガスボンベ1012から供給される材料
ガスをマスフローコントローラー1011により流量制
御するとともに、必要なガスを混合したうえで配管によ
りしきり状カソード電極近傍に設けたガス導入管100
7から放電空間に導入する。その際、導入箇所数に応じ
て配管を等コンダクタンスに分岐することで材料ガスを
等分配してフィン状電極の間から放電空間に導入する。
FIG. 8 is a diagram showing a method of introducing and controlling a material gas for forming a deposited film having a uniform composition in the film thickness direction. The flow rate of the material gas supplied from the gas cylinder 1012 is controlled by the mass flow controller 1011, the necessary gas is mixed, and the gas introduction pipe 100 is provided near the cut-off cathode electrode by piping.
7 to the discharge space. At this time, the material gas is equally distributed by branching the pipe into equal conductances according to the number of introduction points, and introduced into the discharge space from between the fin-shaped electrodes.

【0057】図9は、膜厚方向に組成勾配を持った堆積
膜を形成するための材料ガスの導入方法及び制御方法を
示した図である。すなわち、組成勾配を作る為に、放電
空間に導入する複数の材料ガスの混合比(もしくは流量
比)を帯状部材の移動方向で変化させる。ガスボンベ1
012から供給される材料ガスをガス種ごとにマスフロ
ーコントローラー1011を通して流量制御したうえで
配管によりしきり状カソード電極近傍まで導く。前記配
管は帯状部材の搬送方向に並行に配置し、小孔を介して
ガス混合部1013に導かれ、同様にして導かれた、他
のガスと混合される。それぞれのガス混合部に導かれる
材料ガスは、マスフローコントローラー1011を通し
て配管によりガス混合部に導く流量に応じて分岐(分岐
先配管のコンダクタンスを設計する)、分配される。混
合されたガスはガス混合空間に設けられた別の小孔から
しきり状カソード電極間に設けたガス導入管1007か
ら放電空間に導入される。
FIG. 9 is a diagram showing a method of introducing and controlling a material gas for forming a deposited film having a composition gradient in the film thickness direction. That is, in order to form a composition gradient, the mixing ratio (or flow rate ratio) of a plurality of material gases introduced into the discharge space is changed in the moving direction of the belt-shaped member. Gas cylinder 1
After controlling the flow rate of the material gas supplied from 012 through the mass flow controller 1011 for each gas type, the material gas is guided to the vicinity of the cut-off cathode electrode by piping. The pipe is arranged in parallel to the transport direction of the strip-shaped member, guided to the gas mixing unit 1013 through a small hole, and mixed with another gas similarly guided. The material gas guided to each gas mixing section is branched (designs the conductance of the branch pipe) and distributed according to the flow rate guided to the gas mixing section by piping through the mass flow controller 1011. The mixed gas is introduced into the discharge space from another small hole provided in the gas mixing space through a gas introduction tube 1007 provided between the cathode electrodes.

【0058】しきり状電極と帯状部材との間の隙間(図
1におけるl1)は、隣接する放電空間間のガスの相互
拡散を促し、堆積膜の膜厚方向のなめらかな組成勾配の
形成に重要である。l1が広い場合には相互拡散が促進
される反面、隣接する放電間の独立性は希薄になる。
The gap (11 in FIG. 1) between the strip-like electrode and the strip-like member promotes mutual diffusion of gas between adjacent discharge spaces, and is important for forming a smooth composition gradient in the thickness direction of the deposited film. It is. When l1 is large, mutual diffusion is promoted, but independence between adjacent discharges is reduced.

【0059】[0059]

【実施例】以下では、本発明に係る光起電力素子の形成
方法について具体的な実施例を示して詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるも
のではない。
EXAMPLES Hereinafter, the method for forming a photovoltaic device according to the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0060】(実施例1)本例では、図1の放電容器
を、図11に示すロール・ツー・ロール(Roll toRol
l)方式の連続プラズマCVD装置におけるi型層形成
容器として用い、シングルセル型光起電力素子を作製し
た。その際、図1の放電容器におけるカソード構造は、
次のような寸法および配置とした。
(Embodiment 1) In this embodiment, the discharge vessel shown in FIG. 1 is replaced with a roll-to-roll shown in FIG.
l) A single cell type photovoltaic element was manufactured by using it as a container for forming an i-type layer in a continuous plasma CVD apparatus of the system. At that time, the cathode structure in the discharge vessel of FIG.
The dimensions and arrangement were as follows.

【0061】帯状部材とカソード電極の一部であるし
きり状電極との最近接距離(図1におけるl1)は0.
5cmとした。 しきり状電極は18枚設置し、しきり状電極同士の間
隔(図1おけるl2)は5cm(すなわちカソード電極
長105cm)とした。 しきり状電極の帯状部材の幅方向の長さは50cmと
した。 導電性帯状部材を含む接地されたアノード面積全体に
対するカソード面積の比率は3.0倍とした。 材料ガスはしきり状電極間に均等に分配して供給し
た。その際、ガス導入口と排気口の配置は図6のパター
ンとした。
The closest distance (11 in FIG. 1) between the strip-shaped member and the strip-shaped electrode which is a part of the cathode electrode is 0.1.
It was 5 cm. Eighteen strip electrodes were provided, and the interval between the strip electrodes (12 in FIG. 1) was 5 cm (that is, the cathode electrode length was 105 cm). The length in the width direction of the strip-shaped member of the strip electrode was 50 cm. The ratio of the cathode area to the entire grounded anode area including the conductive strip was 3.0 times. The material gas was evenly distributed between the separated electrodes and supplied. At that time, the arrangement of the gas introduction port and the exhaust port was the pattern shown in FIG.

【0062】図11に示したシングル型光起電力素子の
製造装置(図11)は、帯状部材101の送り出し及び
巻き取り用の真空容器301及び302、第1の導電型
層作製用真空容器601、i型層作製用真空容器10
0、第2の導電型層作製用真空容器602をガスゲート
を介して接続した装置から構成した。すなわち、i型層
作製用真空容器100が、上述した構成のカソード電極
をもつi型層形成容器である。
The apparatus for manufacturing a single-type photovoltaic element shown in FIG. 11 (FIG. 11) includes vacuum vessels 301 and 302 for feeding and winding the belt-like member 101 and a vacuum vessel 601 for producing the first conductive type layer. , I-type layer forming vacuum container 10
0, a second conductive type layer forming vacuum container 602 was connected via a gas gate. That is, the i-type layer forming vacuum container 100 is an i-type layer forming container having the cathode electrode configured as described above.

【0063】以下では、図11の製造装置を用いて、図
12に示したシングル型光起電力素子の作製方法につい
て述べる。図12において、4001はSUS基板、4
002はAg薄膜、4003はZnO薄膜、4004は
第1の導電型層、4005はi型層、4006は第2の
導電型層、4007はITO、4008は集電電極であ
る。
Hereinafter, a method of manufacturing the single type photovoltaic element shown in FIG. 12 using the manufacturing apparatus shown in FIG. 11 will be described. In FIG. 12, reference numeral 4001 denotes a SUS substrate, 4
002 is an Ag thin film, 4003 is a ZnO thin film, 4004 is a first conductivity type layer, 4005 is an i-type layer, 4006 is a second conductivity type layer, 4007 is ITO, and 4008 is a current collecting electrode.

【0064】各層は以下に示す手順によって連続的に作
製し、シングル型光起電力素子(素子−実1)を形成し
た。表1には、各層の作製条件を示した。
Each layer was continuously produced by the following procedure to form a single type photovoltaic element (element-Example 1). Table 1 shows the manufacturing conditions of each layer.

【0065】(1)基板送り出し機構を有する真空容器
301に、十分に脱脂、洗浄を行い、下部電極として、
スパッタリング法により、銀薄膜を100nm、ZnO
薄膜を1μm蒸着してあるSUS430BA製帯状部材
101(幅400mm×長さ200m×厚さ0.13m
m)の巻きつけられたボビン303をセットし、該帯状
部材101をガスゲート、各非単結晶層作製用真空容器
を介して、帯状部材巻き取り機構を有する真空容器30
2まで通し、たるみのない程度に張力調整を行った。
(1) The vacuum vessel 301 having a substrate sending-out mechanism is sufficiently degreased and washed to form a lower electrode.
By sputtering, a silver thin film is formed to a thickness of 100 nm and ZnO
SUS430BA strip-shaped member 101 (400 mm wide x 200 m long x 0.13 m thick)
m), the wound bobbin 303 is set, the strip-shaped member 101 is passed through a gas gate, and a vacuum container 30 having a strip-shaped member winding-up mechanism via each non-single-crystal layer forming vacuum container.
2 and the tension was adjusted to the extent that there was no slack.

【0066】(2)各真空容器301、601、10
0、602、302を不図示の真空ポンプで1×10-4
Torr以下まで真空引きした。
(2) Each vacuum vessel 301, 601, 10
0, 602 and 302 are 1 × 10 −4 by a vacuum pump (not shown).
Vacuum was drawn to Torr or less.

【0067】(3)ガスゲートにゲートガス導入管13
1n、131、132、131pよりゲートガスとして
2を各々700sccm流し、ランプヒータ124
n、124、124pにより、帯状部材101を、各々
350℃、350℃、250℃に加熱した。そして、ガ
ス導入管605より、SiH4ガスを40sccm、P
3ガス(2%H2希釈品)を50sccm、H2ガスを
200sccm、ガス導入管104a、104b、10
4cより、SiH4ガスを各100sccm、H2ガスを
各500sccm、ガス導入管606より、SiH4
スを10sccm、BF3ガス(2%H2希釈品)を10
0sccm、H2ガスを500sccm導入した。
(3) The gate gas introduction pipe 13 is connected to the gas gate.
1 n, 131, 132, and 131p, H 2 was supplied as a gate gas at a flow rate of 700 sccm,
The belt-shaped member 101 was heated to 350 ° C., 350 ° C., and 250 ° C. by n, 124, and 124p, respectively. Then, SiH 4 gas was supplied at a flow rate of 40 sccm and P
50 sccm of H 3 gas (2% H 2 diluted product), 200 sccm of H 2 gas, gas introduction pipes 104a, 104b, 10
4c, the SiH 4 gas was 100 sccm each, the H 2 gas was 500 sccm each, and the SiH 4 gas was 10 sccm and the BF 3 gas (2% H 2 diluted product) was 10 sccm from the gas introduction pipe 606.
0 sccm and 500 sccm of H 2 gas were introduced.

【0068】(4)真空容器301内の圧力が、圧力計
314で1.0Torrになるようにコンダクタンスバ
ルブ307で調整した。真空容器601内の圧力が、不
図示の圧力計で1.5Torrになるように不図示のコ
ンダクタンスバルブで調整した。真空容器100内の圧
力が、不図示の圧力計で1.8Torrになるように不
図示のコンダクタンスバルブで調整した。真空容器60
2内の圧力が、不図示の圧力計で1.6Torrになる
ように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。真空
容器302内の圧力が、圧力計315で1.0Torr
になるようにコンダクタンスバルブ308で調整した。
(4) The pressure in the vacuum vessel 301 was adjusted by the conductance valve 307 so as to become 1.0 Torr by the pressure gauge 314. The pressure inside the vacuum vessel 601 was adjusted with a conductance valve (not shown) so that the pressure became 1.5 Torr with a pressure gauge (not shown). The pressure inside the vacuum vessel 100 was adjusted with a conductance valve (not shown) so that the pressure became 1.8 Torr by a pressure gauge (not shown). Vacuum container 60
The pressure in 2 was adjusted with a conductance valve (not shown) so that the pressure in the pressure gauge became 1.6 Torr with a pressure gauge (not shown). When the pressure in the vacuum vessel 302 is 1.0 Torr by the pressure gauge 315,
Was adjusted by the conductance valve 308 so that

【0069】(5)カソード電極603にはRF電力を
500W導入し、カソード電極107にはRF電力を2
00W導入し、カソード電極604にはRF電力を60
0W導入した。
(5) RF power of 500 W is introduced to the cathode electrode 603, and 2 RF power is applied to the cathode electrode 107.
00W, and RF power of 60
0W was introduced.

【0070】(6)帯状部材101を図11に矢印で示
した方向に搬送させ、帯状部材上に第1の導電型層、i
型層、第2の導電型層を作製した。
(6) The belt-like member 101 is transported in the direction indicated by the arrow in FIG. 11 and the first conductive type layer, i, is formed on the belt-like member.
A mold layer and a second conductivity type layer were produced.

【0071】(7)第2の導電型層上に、透明電極とし
てITO(In23+SnO2)を真空蒸着にて80n
m蒸着し、さらに集電電極としてAlを真空蒸着にて2
μm蒸着した。
(7) ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) is applied as a transparent electrode on the second conductivity type layer by vacuum evaporation to a thickness of 80 nm.
m, and Al as a collecting electrode by vacuum evaporation.
μm was deposited.

【0072】上記工程(1)〜(7)によって、本例の
光起電力素子(素子−実1)を作製した。
Through the above steps (1) to (7), the photovoltaic device of the present example (device-Example 1) was manufactured.

【0073】[0073]

【表1】 [Table 1]

【0074】(比較例1)本例では、真空容器100内
のカソード電極603及び真空容器602内のカソード
電極604の構造を、図10に示した平行平板型カソー
ド電極構造とした点が実施例1と異なる。その際、カソ
ード構造は、次のような寸法および配置とした。
(Comparative Example 1) In this example, the structure of the cathode electrode 603 in the vacuum vessel 100 and the structure of the cathode electrode 604 in the vacuum vessel 602 were changed to the parallel plate type cathode electrode structure shown in FIG. Different from 1. At that time, the cathode structure had the following dimensions and arrangement.

【0075】カソード電極のサイズは、幅50cm×
長さ130cmとした。 導電性帯状部材を含む接地されたアノード面積全体に
対するカソード面積の比率は0.6倍とした。 材料ガスはカソード電極上の放電空間を帯状部材の移
動方向に流した。
The size of the cathode electrode is 50 cm wide ×
The length was 130 cm. The ratio of the cathode area to the entire grounded anode area including the conductive strip was 0.6 times. The material gas flowed through the discharge space on the cathode electrode in the moving direction of the belt-shaped member.

【0076】また、各層の作製条件は表2に示した数値
に設定した。
The conditions for forming each layer were set to the values shown in Table 2.

【0077】他の点は実施例1と同様とし、シングル型
光起電力素子(素子−比1)を形成した。
The other points were the same as in Example 1, and a single type photovoltaic element (element-ratio 1) was formed.

【0078】[0078]

【表2】 [Table 2]

【0079】実施例1(素子−実1)および比較例1
(素子−比1)で作製した光起電力素子の変換効率、特
性均一性および歩留の評価を行った。
Example 1 (Element-Example 1) and Comparative Example 1
The conversion efficiency, characteristic uniformity, and yield of the photovoltaic element manufactured in (element-ratio 1) were evaluated.

【0080】電流電圧特性は、帯状部材10mおきに幅
方向中央部、端部(端から5cm)から5cm角の面積
で切出し、AM−1.5(100mW/cm2)光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。歩留
は、切り出した5cm角素子の暗状態でのシャント抵抗
を測定し、抵抗値が1×103Ω・cm2以上のものを良
品としてカウントし、全数中の比率を百分率で表し、評
価した。
The current-voltage characteristics were determined by cutting out the central portion in the width direction and an area of 5 cm square from the end (5 cm from the end) every 10 m of the band-shaped member, and placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation. The photoelectric conversion efficiency was measured and evaluated. The yield was measured by measuring the shunt resistance of the cut-out 5 cm square element in the dark state, and counting those with a resistance value of 1 × 10 3 Ω · cm 2 or more as non-defective products, expressing the ratio in the total number as a percentage, and evaluating it. did.

【0081】表3に、上記の評価結果を示した。表3に
示した実施例1(素子−実1)の各値は、比較例1(素
子−比1)の各特性の平均値を1.00として規格化し
た数値である。
Table 3 shows the above evaluation results. Each value of Example 1 (element-actual 1) shown in Table 3 is a value normalized by setting the average value of each characteristic of Comparative Example 1 (element-ratio 1) to 1.00.

【0082】[0082]

【表3】 [Table 3]

【0083】表3から、(素子−実1)は(素子−比
1)に比べて全体的に各特性が向上しており、特に開放
電圧の向上が認められた結果、変換効率が1.05倍に
向上することが分かった。
As can be seen from Table 3, each element of (element-actual 1) is generally improved as compared with (element-ratio 1). In particular, it was confirmed that the open-circuit voltage was improved. It was found to be improved by a factor of 05.

【0084】表3に示すように、比較例1(素子−比
1)の光起電力素子に対して、実施例1(素子−実1)
の光起電力素子は、変換効率において優れており、本発
明の作製方法により作製した光起電力素子が、優れた特
性を有することが判明し、本発明の効果が実証された。
As shown in Table 3, the photovoltaic element of Comparative Example 1 (element-ratio 1) was changed to Example 1 (element-actual 1).
Is excellent in conversion efficiency, and it has been found that the photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention has excellent characteristics, and the effect of the present invention has been demonstrated.

【0085】帯状部材幅方向の特性均一性は、実施例1
(素子−実1)、比較例1(素子−比1)で作製した帯
状部材上の光起電力素子を、10mおきに幅方向中央お
よび端部(端から5cm)で5cm角の面積で切出し、
AM−1.5(100mW/cm2)光照射下に設置
し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率の幅方
向分布を評価した。幅方向中央部と端部の各特性値の平
均値のばらつき(%表示)を表4に示した。
The uniformity of the characteristics in the width direction of the belt-shaped member was determined in Example 1.
(Element-Actual 1), Photovoltaic elements on the belt-shaped member produced in Comparative Example 1 (Element-Ratio 1) were cut out every 10 m at the center and the end (5 cm from the end) in the width direction with an area of 5 cm square. ,
The device was placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the photoelectric conversion efficiency was measured, and the width distribution of the photoelectric conversion efficiency was evaluated. Table 4 shows the variation (expressed in%) of the average value of each characteristic value at the center and the end in the width direction.

【0086】[0086]

【表4】 [Table 4]

【0087】表4から、比較例1(素子−比1)の光起
電力素子に対して、実施例1(素子−実1)の光起電力
素子は、特性均一性においても優れており、本発明の作
製方法により作製したシングル型光起電力素子が、優れ
た特性を有することが判明し、本発明の効果が実証され
た。
From Table 4, it can be seen that the photovoltaic element of Example 1 (Element-Comparative 1) is superior to the photovoltaic element of Comparative Example 1 (Element-Comparative 1) in the uniformity of the characteristics. The single type photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention was found to have excellent characteristics, and the effect of the present invention was demonstrated.

【0088】(実施例2)本例では、i型層作製用真空
容器100内のカソード電極は実施例1と同様として、
材料ガスの導入口と排気口の配置は図6に、材料ガスの
導入方法及び制御方法は図9に示した構成に代えて、組
成制御されたi型a−SiGe4:H堆積膜をSUS4
30BAからなる帯状部材上(長さ100m)に作製し
た。
(Embodiment 2) In this embodiment, the cathode electrode in the i-type layer forming vacuum vessel 100 is the same as in Embodiment 1,
The arrangement of the material gas introduction port and the exhaust port is shown in FIG. 6, and the material gas introduction method and the control method are the same as those shown in FIG. 9 except that the composition controlled i-type a-SiGe 4 : H deposition film is made of SUS4.
It was produced on a belt-shaped member made of 30BA (length 100 m).

【0089】以下の説明において、しきり状電極の間の
放電空間を帯状部材の搬送方向上手側から(1),
(2),......,(16),(17)と呼称する。また、しきり状電極
と帯状部材の間隔(図1におけるl1)は0.5cmと
した。
In the following description, the discharge space between the separated electrodes is defined as (1),
(2),..., (16), (17). The distance between the strip-shaped electrode and the band-shaped member (11 in FIG. 1) was 0.5 cm.

【0090】しきり状電極間に供給される材料ガスとし
てはSiH4,GeH4,H2ガスを用いた。GeH4ガス
は、中央部に位置するしきり状電極間(放電空間)の(1
1)から両端に向かって供給量を減らし、両端(1),(17)で
は零となるように設定した。一方、SiH4ガスは、両
端に位置するしきり状電極間(放電空間)の(1)及び(1
7)から中央部の(11)に向かって供給量を減らすように設
定した。また、H2は各フィン間で均等に供給した。
As a material gas supplied between the separated electrodes, SiH 4 , GeH 4 , and H 2 gas were used. The GeH 4 gas flows between (1) discharge electrodes (discharge space) located at the center.
The supply amount was reduced from 1) to both ends, and set to zero at both ends (1) and (17). On the other hand, the SiH 4 gas is supplied between (1) and (1) between the cut-off electrodes located at both ends (discharge space).
The supply was set to decrease from 7) to (11) in the center. H 2 was supplied evenly between the fins.

【0091】表5には、i型層の作製条件を示した。Table 5 shows the conditions for forming the i-type layer.

【0092】[0092]

【表5】 [Table 5]

【0093】堆積膜の形成された帯状部材の幅方向中央
部、端部の一部を10mごとにそれぞれ切り出し、SI
MSを用いて堆積膜の厚さ(表面からの深さ)方向の組
成分析を行った。その結果、図16において実線で示し
たデプスプロファイルが得られ、ほぼ図17に示すよう
なバンドプロファイルが形成されていることが分かっ
た。
A part of the center and the end in the width direction of the strip-shaped member on which the deposited film was formed was cut out every 10 m, and the
Composition analysis in the thickness (depth from the surface) direction of the deposited film was performed using MS. As a result, a depth profile shown by a solid line in FIG. 16 was obtained, and it was found that a band profile almost as shown in FIG. 17 was formed.

【0094】(比較例2)本例では、i型層作製用真空
容器100内のカソード電極構造を、図10で示した平
行平板のカソード電極構造(従来型:この場合、導電性
帯状部材を含む接地されたアノード面積全体に対するカ
ソード面積の比率は0.6倍)として、帯状部材を移動
させずに静止固定の状態で、組成制御されたi型a−S
iGe4:H堆積膜をSUS430BA帯状部材上に作
製した。
(Comparative Example 2) In this example, the cathode electrode structure in the i-type layer forming vacuum vessel 100 was changed to the parallel-plate cathode electrode structure shown in FIG. 10 (conventional type: in this case, a conductive strip member was used). (The ratio of the cathode area to the entire grounded anode area is 0.6 times), and the i-type a-S whose composition is controlled in a stationary state without moving the belt-shaped member.
An iGe 4 : H deposited film was formed on a SUS430BA strip.

【0095】i型層の組成制御は表6に示すように成膜
時間の経過に対応してSiH4とGeH4の混合比をなめ
らかに変化させる方法で行った。
As shown in Table 6, the composition of the i-type layer was controlled by a method of smoothly changing the mixing ratio of SiH 4 and GeH 4 according to the elapse of the film formation time.

【0096】[0096]

【表6】 [Table 6]

【0097】堆積膜の形成された帯状部材を任意の位置
で切り出し、実施例2と同様の組成分析を行ったとこ
ろ、図16において破線で示すなめらかなデプスプロフ
ァイルが得られ、ほぼ図17に示す実施例2と同様のバ
ンドプロファイルが形成されていることが分かった。
The strip-shaped member on which the deposited film was formed was cut out at an arbitrary position, and the composition was analyzed in the same manner as in Example 2. As a result, a smooth depth profile indicated by a broken line in FIG. 16 was obtained, which is substantially shown in FIG. It was found that the same band profile as in Example 2 was formed.

【0098】従って、本発明の装置及び方法により堆積
膜の厚さ方向の組成を制御できることが明らかとなっ
た。
Accordingly, it has been clarified that the composition of the deposited film in the thickness direction can be controlled by the apparatus and method of the present invention.

【0099】また、本発明の装置及び方法により堆積膜
の厚さ方向の組成を帯状部材の幅方向で均一に形成でき
ることも確認された。
It has also been confirmed that the composition and the thickness direction of the deposited film can be formed uniformly in the width direction of the strip-shaped member by the apparatus and method of the present invention.

【0100】さらに、実施例2で作製した堆積膜のデプ
スプロファイルは、比較例2で作製した堆積膜と同様に
滑らかな変化を示しており、実施例2による堆積膜は滑
らかな変化のバンドプロファイルが形成されている。す
なわち、本発明の装置及び方法によりa−SiGe:H
グレーデッドバンドギャップ構造などの堆積膜の厚さ方
向の組成制御をなめらかに制御できることが分かった。
Further, the depth profile of the deposited film produced in Example 2 shows a smooth change similarly to the deposited film produced in Comparative Example 2, and the deposited film of Example 2 has a band profile of a smooth change. Are formed. That is, a-SiGe: H is obtained by the apparatus and method of the present invention.
It was found that the composition control in the thickness direction of the deposited film such as a graded band gap structure can be smoothly controlled.

【0101】(実施例3)本例では、実施例2に示した
a−SiGe:Hグレーデッドバンドギャップi型層を
採用し、図12に示したシングル型光起電力素子を、表
7に示す作製条件で作製した。本例で作製した光起電力
素子は、(素子−実3)と呼称する。
Example 3 In this example, the a-SiGe: H graded band gap i-type layer shown in Example 2 was adopted, and the single type photovoltaic element shown in FIG. It was manufactured under the manufacturing conditions shown. The photovoltaic element manufactured in this example is referred to as (element-real 3).

【0102】他の点は実施例1と同様とした。The other points were the same as in the first embodiment.

【0103】[0103]

【表7】 [Table 7]

【0104】(比較例3)本例では、a−SiGe:H
グレーデッドバンドギャップi型層を、a−SiGe:
Hフラットバンドギャップi型層とこれを挟むa−S
i:Hフラットバンドギャップi型(第1,2の)バッ
ファ層の3層構成として、図14に示したシングル型光
起電力素子を、表8に示す作製条件で作製した。本例で
作製した光起電力素子は、(素子−比3)と呼称する。
(Comparative Example 3) In this example, a-SiGe: H
The graded bandgap i-type layer is formed using a-SiGe:
H flat bandgap i-type layer and a-S sandwiching it
As a three-layer structure of i: H flat band gap i-type (first and second) buffer layers, the single-type photovoltaic element shown in FIG. 14 was manufactured under the manufacturing conditions shown in Table 8. The photovoltaic element manufactured in this example is referred to as (element-ratio 3).

【0105】上記i型層の作製装置としては、図10に
示した平行平板型カソード電極構造(導電性帯状部材を
含む接地されたアノード面積全体に対するカソード面積
の比率は0.6倍)をもつ上記3層成膜用真空容器を配
置した図11と同様の装置を用いた。
The apparatus for producing the i-type layer has a parallel plate type cathode electrode structure shown in FIG. 10 (the ratio of the cathode area to the whole grounded anode area including the conductive strip member is 0.6 times). An apparatus similar to that shown in FIG. 11 in which the above-described three-layer film forming vacuum vessel was arranged was used.

【0106】他の点は実施例1と同様とした。The other points were the same as in the first embodiment.

【0107】[0107]

【表8】 [Table 8]

【0108】実施例3(素子−実3)および比較例3
(素子−比3)で作製した光起電力素子の変換効率、特
性均一性および歩留の評価を行った。
Example 3 (Element-Real 3) and Comparative Example 3
The conversion efficiency, characteristic uniformity, and yield of the photovoltaic element manufactured in (element-ratio 3) were evaluated.

【0109】電流電圧特性は、帯状部材10mおきに幅
方向中央部、端部(端から5cm)から5cm角の面積
で切出し、AM−1.5(100mW/cm2)光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。歩留
は、実施例3(素子−実3)、比較例1(素子−比3)
で作製した帯状部材上の光起電力素子を、10mおきに
5cm角の面積で切出し、その暗状態でのシャント抵抗
を測定し、抵抗値が1×103Ω・cm2以上のものを良
品としてカウントし、全数中の比率を百分率で表し、評
価した。
The current-voltage characteristics were obtained by cutting out the central part in the width direction and an area of 5 cm square from the end (5 cm from the end) every 10 m of the band-shaped member, and placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation. The photoelectric conversion efficiency was measured and evaluated. The yield was as in Example 3 (element-actual 3), Comparative Example 1 (element-ratio 3)
Cut out the photovoltaic element on the belt-shaped member prepared in the above at an area of 5 cm square at intervals of 10 m, and measure the shunt resistance in the dark state. If the resistance value is 1 × 10 3 Ω · cm 2 or more, a good product And the ratio in all the numbers was expressed as a percentage and evaluated.

【0110】表9に、上記の評価結果を示した。表9に
示した実施例3(素子−実3)の各値は、比較例3(素
子−比3)の各特性の平均値を1.00として規格化し
た数値である。
Table 9 shows the above evaluation results. Each value of Example 3 (Element-Real 3) shown in Table 9 is a value normalized by setting the average value of each characteristic of Comparative Example 3 (Element-Comparative 3) to 1.00.

【0111】[0111]

【表9】 表9から、(素子−実3)は(素子−比3)に比べて全
体的に各特性が向上しており、特に開放電圧の向上が認
められた結果、変換効率が1.05倍に向上することが
分かった。
[Table 9] From Table 9, it can be seen that (element-actual 3) has overall improved characteristics as compared to (element-ratio 3), and that the open-circuit voltage is particularly improved, resulting in a conversion efficiency of 1.05 times. It was found to improve.

【0112】表9に示すように、比較例3(素子−比
3)の光起電力素子に対して、実施例3(素子−実3)
の光起電力素子は、変換効率において優れており、本発
明の作製方法により作製した光起電力素子が、優れた特
性を有することが判明し、本発明の効果が実証された。
As shown in Table 9, the photovoltaic element of Comparative Example 3 (element-ratio 3) was replaced with Example 3 (element-actual 3).
Is excellent in conversion efficiency, and it has been found that the photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention has excellent characteristics, and the effect of the present invention has been demonstrated.

【0113】帯状部材幅方向の特性均一性は、実施例3
(素子−実3)、比較例3(素子−比3)で作製した帯
状部材上の光起電力素子を、10mおきに幅方向中央お
よび端部(端から5cm)で5cm角の面積で切出し、
AM−1.5(100mW/cm2)光照射下に設置
し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率の幅方
向分布を評価した。幅方向中央部と端部の各特性値の平
均値のばらつき(%表示)を表10に示した。
The uniformity of the characteristics in the width direction of the belt-like member was determined in Example 3.
(Element-Real 3), Photovoltaic elements on the belt-shaped member produced in Comparative Example 3 (Element-Comparative 3) were cut out at an interval of 10 m at an area of 5 cm square at the center and the end (5 cm from the end) in the width direction. ,
The device was placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the photoelectric conversion efficiency was measured, and the width distribution of the photoelectric conversion efficiency was evaluated. Table 10 shows the variation (expressed in%) of the average value of each characteristic value at the center and the end in the width direction.

【0114】[0114]

【表10】 [Table 10]

【0115】表10から、比較例3(素子−比3)の光
起電力素子に対して、実施例3(素子−実3)の光起電
力素子は、特性均一性においても優れており、本発明の
作製方法により作製したシングルセル型光起電力素子
が、優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が
実証された。
From Table 10, it can be seen that the photovoltaic element of Example 3 (Element-Real 3) is more excellent in the uniformity of the characteristics than the photovoltaic element of Comparative Example 3 (Element-Comparative 3). The single-cell photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention was found to have excellent characteristics, and the effect of the present invention was demonstrated.

【0116】(実施例4)本例では、図1の形成容器
を、図11に示すようなロール・ツー・ロール(Roll t
o Roll)方式の連続プラズマCVD装置におけるi型層
形成容器として用い、図13に示したトリプルセル型光
起電力素子を作製した。その際、図1の形成容器におけ
るカソード構造は、次のような寸法および配置とした。
(Embodiment 4) In this embodiment, the forming container shown in FIG. 1 is roll-to-roll as shown in FIG.
o) A triple cell type photovoltaic element shown in FIG. At that time, the cathode structure in the forming container of FIG. 1 had the following dimensions and arrangement.

【0117】帯状部材とカソード電極の一部であるし
きり状電極との最近接距離(図1おけるl1)は0.5
cmとした。 複数設置されたしきり状電極同士の間隔(図1おける
l2)は5cmとした。 導電性帯状部材を含む接地されたアノード面積全体に
対するカソード面積の比率は3.0倍とした。
The closest distance (11 in FIG. 1) between the strip-shaped member and the strip-shaped electrode which is a part of the cathode electrode is 0.5.
cm. The interval (12 in FIG. 1) between the plurality of arranged strip electrodes was 5 cm. The ratio of the cathode area to the entire grounded anode area including the conductive strip was 3.0 times.

【0118】図11に示すようなロール・ツー・ロール
(Roll to Roll)方式を採用した連続プラズマCVD装
置(不図示)とは、図11に示した、第1の導電型層作
製用真空容器601、i型層作製用真空容器100、第
2の導電型層作製用真空容器602をガスゲートを介し
て接続した装置をワンセットとし、これをさらに2セッ
ト増設して、計3セット繰り返して直列に配置した構成
の装置である。そして、全てのi型層形成容器に、上述
した形成容器を設置した。
A continuous plasma CVD apparatus (not shown) adopting a roll-to-roll method as shown in FIG. 11 is a vacuum vessel for producing a first conductive type layer shown in FIG. 601, the i-type layer forming vacuum container 100, and the second conductive type layer forming vacuum container 602 are connected via a gas gate as one set, two more sets are added, and a total of three sets are repeated in series. It is a device of the configuration arranged in. And the above-mentioned formation container was installed in all the i-type layer formation containers.

【0119】上記構成からなる装置を用いて、図13に
示したトリプルセル型光起電力素子を、表11に示す作
製条件で作製した。図13において、5001はSUS
基板、5002はAg薄膜、5003はZnO薄膜、5
004は第1の導電型層、5005は第1のi型層、5
006は第2の導電型層、5007は第1の導電型層、
5008は第2のi型層、5009は第2の導電型層、
5010は第1の導電型層、5011は第3のi型層、
5012は第2の導電型層、5013はITO、501
4は集電電極である。
Using the apparatus having the above configuration, the triple cell type photovoltaic element shown in FIG. 13 was manufactured under the manufacturing conditions shown in Table 11. In FIG. 13, 5001 is SUS
Substrate, 5002 is an Ag thin film, 5003 is a ZnO thin film, 5
004 is a first conductivity type layer; 5005 is a first i-type layer;
006 is the second conductivity type layer, 5007 is the first conductivity type layer,
5008 is a second i-type layer, 5009 is a second conductivity type layer,
5010 is a first conductivity type layer, 5011 is a third i-type layer,
5012 is a second conductivity type layer, 5013 is ITO, 501
Reference numeral 4 denotes a current collecting electrode.

【0120】上記各層は連続的に作製し、トリプルセル
型光起電力素子(素子−実4)を形成した。表11に
は、各層の作製条件を示した。
Each of the above layers was manufactured continuously to form a triple cell type photovoltaic element (element-Example 4). Table 11 shows the manufacturing conditions for each layer.

【0121】[0121]

【表11】 [Table 11]

【0122】(比較例4)本例では、a−SiGe:H
グレーデッドバンドギャップi型層を、a−SiGe:
Hフラットバンドギャップi型層とこれを挟むa−S
i:Hフラットバンドギャップi型(第1,2の)バッ
ファ層の3層構成として、図15に示したトリプルセル
型光起電力素子を形成した。表12には、各層の作製条
件を示した。本例で作製した光起電力素子は、(素子−
比4)と呼称する。
(Comparative Example 4) In this example, a-SiGe: H
The graded bandgap i-type layer is formed using a-SiGe:
H flat bandgap i-type layer and a-S sandwiching it
The triple-cell photovoltaic element shown in FIG. 15 was formed as a three-layer structure of i: H flat band gap i-type (first and second) buffer layers. Table 12 shows the manufacturing conditions for each layer. The photovoltaic element manufactured in this example is (Element-
Ratio 4).

【0123】上記i型層の作製装置としては、図10に
示した平行平板型カソード電極構造(導電性帯状部材を
含む接地されたアノード面積全体に対するカソード面積
の比率は0.6倍)をもつ上記3層成膜用真空容器を配
置した実施例4で使用した装置を用いた。
The apparatus for manufacturing the i-type layer has a parallel plate type cathode electrode structure shown in FIG. 10 (the ratio of the cathode area to the entire grounded anode area including the conductive strip member is 0.6 times). The apparatus used in Example 4 in which the above-described three-layer film forming vacuum vessel was arranged was used.

【0124】他の点は実施例4と同様とした。The other points were the same as in the fourth embodiment.

【0125】[0125]

【表12】 [Table 12]

【0126】実施例4(素子−実4)および比較例4
(素子−比4)で作製した光起電力素子の変換効率、特
性均一性および歩留の評価を行った。
Example 4 (Element-Example 4) and Comparative Example 4
The conversion efficiency, characteristic uniformity, and yield of the photovoltaic element manufactured in (element-ratio 4) were evaluated.

【0127】電流電圧特性は、帯状部材10mおきに幅
方向中央部、端部(端から5cm)から5cm角の面積
で切出し、AM−1.5(100mW/cm2)光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。歩留
は、実施例3(素子−実3)、比較例1(素子−比3)
で作製した帯状部材上の光起電力素子を、10mおきに
5cm角の面積で切出し、その暗状態でのシャント抵抗
を測定し、抵抗値が1×103Ω・cm2以上のものを良
品としてカウントし、全数中の比率を百分率で表し、評
価した。
The current-voltage characteristics were obtained by cutting out the central part in the width direction and an area of 5 cm square from the end (5 cm from the end) every 10 m of the band-shaped member, and placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation. The photoelectric conversion efficiency was measured and evaluated. The yield was as in Example 3 (element-actual 3), Comparative Example 1 (element-ratio 3)
Cut out the photovoltaic element on the belt-shaped member prepared in the above at an area of 5 cm square at intervals of 10 m, and measure the shunt resistance in the dark state. If the resistance value is 1 × 10 3 Ω · cm 2 or more, a good product And the ratio in all the numbers was expressed as a percentage and evaluated.

【0128】表13に、上記の評価結果を示した。表1
3に示した実施例4(素子−実4)の各値は、比較例4
(素子−比4)の各特性の平均値を1.00として規格
化した数値である。
Table 13 shows the above evaluation results. Table 1
Each value of Example 4 (element-actual 4) shown in FIG.
This is a numerical value normalized by setting the average value of each characteristic of (element-ratio 4) to 1.00.

【0129】[0129]

【表13】 [Table 13]

【0130】表13から、(素子−実4)は(素子−比
4)に比べて全体的に各特性が向上しており、特に開放
電圧の向上が認められた結果、変換効率が1.06倍に
向上することが分かった。
From Table 13, it can be seen that each element of (element-real 4) is improved as compared with (element-ratio 4), and that the open-circuit voltage is particularly improved. It was found to be improved by a factor of 06.

【0131】表13に示すように、比較例4(素子−比
4)の光起電力素子に対して、実施例4(素子−実4)
の光起電力素子は、変換効率において優れており、本発
明の作製方法により作製した光起電力素子が、優れた特
性を有することが判明し、本発明の効果が実証された。
As shown in Table 13, the photovoltaic element of Comparative Example 4 (element-ratio 4) was compared with Example 4 (element-real 4).
Is excellent in conversion efficiency, and it has been found that the photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention has excellent characteristics, and the effect of the present invention has been demonstrated.

【0132】帯状部材幅方向の特性均一性は、実施例4
(素子−実4)、比較例4(素子−比4)で作製した帯
状部材上の光起電力素子を、10mおきに幅方向中央お
よび端部(端から5cm)で5cm角の面積で切出し、
AM−1.5(100mW/cm2)光照射下に設置
し、光電変換効率を測定して、その光電変換効率の幅方
向分布を評価した。幅方向中央部と端部の各特性値の平
均値のばらつき(%表示)を表14に示した。
The uniformity of the characteristics in the width direction of the belt-like member was measured in Example 4.
(Element-Real 4), Photovoltaic elements on the belt-shaped member produced in Comparative Example 4 (Element-Comparative 4) were cut out every 10 m at the center and the end (5 cm from the end) in the width direction with a 5 cm square area. ,
The device was placed under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the photoelectric conversion efficiency was measured, and the width distribution of the photoelectric conversion efficiency was evaluated. Table 14 shows the variation (expressed in%) of the average value of each characteristic value at the center and the end in the width direction.

【0133】[0133]

【表14】 [Table 14]

【0134】表14から、比較例4(素子−比4)の光
起電力素子に対して、実施例4(素子−実4)の光起電
力素子は、特性均一性においても優れており、本発明の
作製方法により作製したトリプルセル型光起電力素子
が、優れた特性を有することが判明し、本発明の効果が
実証された。
From Table 14, it can be seen that the photovoltaic element of Example 4 (Element-Comparative 4) is superior to the photovoltaic element of Comparative Example 4 (Element-Comparative 4) in the uniformity of the characteristics. The triple cell type photovoltaic element manufactured by the manufacturing method of the present invention was found to have excellent characteristics, and the effect of the present invention was demonstrated.

【0135】また、実施例3と比較例3との比較、およ
び実施例4と比較例4との比較により、本発明に係る装
置は、装置のコンパクト化が図れるとともに、付帯設備
の軽量化や材料ガスの消費量削減に有効であることが分
かった。
Further, by comparing Example 3 with Comparative Example 3, and by comparing Example 4 with Comparative Example 4, the apparatus according to the present invention can be made compact, and the weight of incidental equipment can be reduced. It was found to be effective in reducing the consumption of material gas.

【0136】[0136]

【発明の効果】本発明によれば、連続的に移動する導電
性の帯状部材上に、非単結晶からなる第1の導電型半導
体層、i型半導体層及び第2の導電型半導体層を順次積
層した構造体を1組以上有する光起電力素子の形成にお
いて、前記i型半導体層の形成に用いる放電容器とし
て、帯状部材の移動方向に垂直に並んだしきり状カソー
ド電極を備えた放電容器を用い、放電時のカソード電位
(自己バイアス)を正電位とし、材料ガスを隣接するし
きり状電極の間に導入し、しきり状電極に沿って基板搬
送方向と直角(基板幅)方向に流すことにより、また、
その材料ガスの組成比(混合比)を基板搬送方向に沿っ
て変化させる事で、前記i型半導体層の膜組成をその膜
厚方向に精密に組成制御することができる。
According to the present invention, a first conductive type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer and a second conductive type semiconductor layer made of non-single crystal are formed on a continuously moving conductive strip. In the formation of a photovoltaic device having one or more sets of sequentially laminated structures, a discharge vessel provided with cut-off cathode electrodes arranged perpendicular to the moving direction of the belt-shaped member as a discharge vessel used for forming the i-type semiconductor layer The cathode potential (self-bias) at the time of discharge is set to a positive potential, and a material gas is introduced between adjacent strip-shaped electrodes and flows in a direction perpendicular to the substrate transport direction (substrate width) along the strip-shaped electrodes. By and
By changing the composition ratio (mixing ratio) of the material gas along the substrate transport direction, the film composition of the i-type semiconductor layer can be precisely controlled in the film thickness direction.

【0137】また、上記i型半導体層を採用することに
より、大面積にわたって、高い光電変換効率と高品質で
優れた均一性とを有し、より再現性高く欠陥の少ない光
起電力素子を大量に安定して作製することができる。
By employing the i-type semiconductor layer, a large number of photovoltaic elements having high photoelectric conversion efficiency, high quality and excellent uniformity over a large area, and having higher reproducibility and less defects can be produced in large numbers. And can be manufactured stably.

【0138】さらに、形成装置の小型化が図れるととも
に、材料ガスの使用量を削減することも可能となる。
Furthermore, the size of the forming apparatus can be reduced, and the amount of material gas used can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の形成装置を構成する放電容器内の構造
を示した模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure inside a discharge vessel constituting a forming apparatus of the present invention.

【図2】図1に示したカソード電極の一例を示す模式的
な鳥瞰図である。
FIG. 2 is a schematic bird's-eye view showing an example of the cathode electrode shown in FIG.

【図3】材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材
料ガスの流れとを示したカソード電極の一例を示す模式
的な平面図である。
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a cathode electrode showing a position where a material gas inlet and a gas outlet are provided and a flow of the material gas.

【図4】材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材
料ガスの流れとを示したカソード電極の他の一例を示す
模式的な平面図である。
FIG. 4 is a schematic plan view showing another example of the cathode electrode showing the positions of the material gas inlet and exhaust ports and the flow of the material gas.

【図5】材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材
料ガスの流れとを示したカソード電極の他の一例を示す
模式的な平面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing another example of the cathode electrode showing the positions of the material gas inlet and exhaust ports and the flow of the material gas.

【図6】材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材
料ガスの流れとを示したカソード電極の他の一例を示す
模式的な平面図である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing another example of the cathode electrode showing the positions of the material gas inlet and exhaust ports and the flow of the material gas.

【図7】材料ガスの導入口及び排気口を設ける位置と材
料ガスの流れとを示したカソード電極の他の一例を示す
模式的な平面図である。
FIG. 7 is a schematic plan view showing another example of the cathode electrode showing the positions of the material gas inlet and exhaust ports and the flow of the material gas.

【図8】放電空間に導入する材料ガス供給方法の一例を
示した模式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a method for supplying a material gas introduced into a discharge space.

【図9】放電空間に導入する材料ガス供給方法の他の一
例を示した模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing another example of a method for supplying a material gas to be introduced into a discharge space.

【図10】従来のカソード電極を有する放電容器の一例
を示す模式的な断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing an example of a conventional discharge vessel having a cathode electrode.

【図11】本発明に係る光起電力素子の形成装置の一例
を示した模式的な断面図である。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device forming apparatus according to the present invention.

【図12】本発明に係る装置及び方法により形成したシ
ングルセル型光起電力素子の模式的な断面図である。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a single-cell photovoltaic device formed by the apparatus and method according to the present invention.

【図13】本発明に係る装置及び方法により形成したト
リプルセル型光起電力素子の模式的な断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a triple-cell photovoltaic device formed by the apparatus and method according to the present invention.

【図14】比較例3で用いた従来のシングルセル型光起
電力素子の模式的な断面図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view of a conventional single-cell photovoltaic element used in Comparative Example 3.

【図15】比較例4で用いた従来のトリプルセル型光起
電力素子の模式的な断面図である。
FIG. 15 is a schematic sectional view of a conventional triple-cell photovoltaic element used in Comparative Example 4.

【図16】実施例2及び比較例2で作製した堆積膜のS
IMSによる組成分析のデプスプロファイルである。
FIG. 16 shows S of the deposited film produced in Example 2 and Comparative Example 2.
5 is a depth profile of composition analysis by IMS.

【図17】実施例2及び比較例2で作製した堆積膜のバ
ンドプロファイルである。
FIG. 17 is a band profile of a deposited film produced in Example 2 and Comparative Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 真空容器、 101 帯状部材、 103a、103b、103c 加熱ヒーター、 104a、104b、104c ガス導入管、 107 カソード電極、 124n、124、124p ランプヒーター、 129n、129、129p、130 ガスゲート、 131n、131、131p、132 ガスゲート導入
管、 301、302 真空容器、 303、304 ボビン、 305、306 アイドリングローラ、 307、308 コンダクタンスバルブ、 310、311 排気管、 314、315 圧力計、 513 排気管、 601、602 真空容器、 603、604 カソード電極、 605、606 ガス導入管、 607、608 排気管、 1000 導電性帯状部材、 1001 真空容器、 1002 カソード電極、 1003 しきり状電極、 1004 接地(アノード)電極、 1005 ランプヒーター、 1006 排気口、 1007 ガス導入管、 1008 ガスゲート、 1009 絶縁ガイシ、 1010 放電空間、 1011 マスフローコントローラー、 1012 ガスボンベ、 1013 ガス混合部、 2000 導電性帯状部材、 2001 真空容器、 2002 カソード電極、 2004 接地(アノード)電極、 2005 ランプヒーター、 2006 排気口、 2007 ガス導入管、 2008 ガスゲート 2009 絶縁ガイシ 2010 放電空間 4001 SUS基板、 4002 Ag薄膜、 4003 ZnO薄膜、 4004 第1の導電型層、 4005 i型層、 4006 第2の導電型層、 4007 ITO、 4008 集電電極、 5001 SUS基板 5002 Ag薄膜、 5003 ZnO薄膜、 5004 第1の導電型層、 5005 第1のi型層、 5006 第2の導電型層、 5007 第1の導電型層、 5008 第2のi型層、 5009 第2の導電型層、 5010 第1の導電型層、 5011 第3のi型層、 5012 第2の導電型層、 5013 ITO、 5014 集電電極、 6001 SUS基板、 6002 Ag薄膜、 6003 ZnO薄膜、 6004 第1の導電型層、 6005 第1のバッファ層、 6006 i型層、 6007 第2のバッファ層、 6008 第2の導電型層、 6009 ITO、 6010 集電電極、 7001 SUS基板、 7002 Ag薄膜、 7003 ZnO薄膜、 7004 第1の導電型層、 7005 第1のバッファ層、 7006 第1のi型層、 7007 第2のバッファ層、 7008 第2の導電型層、 7009 第1の導電型層、 7010 第1のバッファ層、 7011 第2のi型層、 7012 第2のバッファ層、 7013 第2の導電型層、 7014 第1の導電型層、 7015 第3のi型層、 7016 第2の導電型層、 7017 ITO、 7018 集電電極。
100 vacuum vessel, 101 belt-shaped member, 103a, 103b, 103c heating heater, 104a, 104b, 104c gas introduction tube, 107 cathode electrode, 124n, 124, 124p lamp heater, 129n, 129, 129p, 130 gas gate, 131n, 131, 131p, 132 gas gate introduction pipe, 301, 302 vacuum vessel, 303, 304 bobbin, 305, 306 idling roller, 307, 308 conductance valve, 310, 311 exhaust pipe, 314, 315 pressure gauge, 513 exhaust pipe, 601, 602 vacuum Container, 603, 604 cathode electrode, 605, 606 gas introduction pipe, 607, 608 exhaust pipe, 1000 conductive strip member, 1001 vacuum vessel, 1002 cathode electrode, 1003 cut-off electrode, 1 004 ground (anode) electrode, 1005 lamp heater, 1006 exhaust port, 1007 gas inlet tube, 1008 gas gate, 1009 insulating insulator, 1010 discharge space, 1011 mass flow controller, 1012 gas cylinder, 1013 gas mixing section, 2000 conductive strip member, 2001 Vacuum container, 2002 cathode electrode, 2004 ground (anode) electrode, 2005 lamp heater, 2006 exhaust port, 2007 gas introduction pipe, 2008 gas gate 2009 insulating insulator 2010 discharge space 4001 SUS substrate, 4002 Ag thin film, 4003 Zn thin film, 4004 first 4005 i-type layer, 4006 second conductivity type layer, 4007 ITO, 4008 collector electrode, 5001 SUS substrate 5002 Ag thin film, 5003 5004 first conductivity type layer, 5005 first i-type layer, 5006 second conductivity type layer, 5007 first conductivity type layer, 5008 second i-type layer, 5009 second conductivity type layer , 5010 first conductive type layer, 5011 third i-type layer, 5012 second conductive type layer, 5013 ITO, 5014 current collecting electrode, 6001 SUS substrate, 6002 Ag thin film, 6003 ZnO thin film, 6004 first conductive type Mold layer, 6005 first buffer layer, 6006 i-type layer, 6007 second buffer layer, 6008 second conductivity type layer, 6009 ITO, 6010 current collecting electrode, 7001 SUS substrate, 7002 Ag thin film, 7003 ZnO thin film, 7004 first conductivity type layer, 7005 first buffer layer, 7006 first i-type layer, 7007 second buffer layer, 7008 7012 first conductivity type layer, 7010 first buffer layer, 7011 second i-type layer, 7012 second buffer layer, 7013 second conductivity type layer, 7014 first conductivity type 7015 Third i-type layer, 7016 Second conductivity type layer, 7017 ITO, 7018 Current collecting electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 矢島 孝博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akira Sakai 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Takahiro Yajima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside the corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続的に移動する導電性の帯状部材上
に、非単結晶からなる第1の導電型半導体層、i型半導
体層及び第2の導電型半導体層を順次積層した構造体を
1組以上有する光起電力素子の形成装置において、 前記i型半導体層の形成に用いる放電容器は、 放電空間に設置された高周波電力印加電極(以下カソー
ド電極と呼ぶ)の放電空間における表面積が、前記帯状
部材の表面積を含むアノード電極全体の放電空間におけ
る表面積よりも大きく、グロー放電生起時におけるカソ
ード電極の電位(以下自己バイアスと呼ぶ)が前記帯状
部材を含む接地されたアノード電極に対して+30V以
上の正電位を維持することができ、なおかつ、フィン状
の形状をした前記カソード電極の一部(以下しきり状電
極と呼ぶ)は前記帯状部材の搬送方向に垂直に複数設置
され、前記しきり状電極各々の間隔は隣り合う前記しき
り状電極の間における放電が生起維持するに充分な間隔
を有するカソード構造と、 前記i型半導体層の形成に用いる材料ガスを隣り合うし
きり状電極の間からしきり状電極間の放電空間内へ導入
するとともに、前記しきり状電極に沿って帯状部材の移
動方向とは直行する方向(帯状部材の幅方向)に流し、
前記カソード電極に高周波電力を印加して前記材料ガス
をプラズマ放電によって分解する機構と、を備えたこと
を特徴とする光起電力素子の形成装置。
1. A structure in which a first conductive type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a second conductive type semiconductor layer made of a non-single crystal are sequentially laminated on a continuously moving conductive strip. In the apparatus for forming a photovoltaic element having at least one set, the discharge vessel used for forming the i-type semiconductor layer has a surface area in a discharge space of a high-frequency power application electrode (hereinafter, referred to as a cathode electrode) provided in the discharge space. The surface area of the entire anode electrode including the surface area of the strip-shaped member is larger than the surface area in the discharge space, and the potential of the cathode electrode (hereinafter referred to as “self-bias”) when a glow discharge occurs is +30 V with respect to the grounded anode electrode including the strip-shaped member. The above positive potential can be maintained, and a part of the fin-shaped cathode electrode (hereinafter, referred to as a cut-off electrode) is transported by the belt-shaped member. A cathode structure having a plurality of electrodes vertically arranged in a direction, wherein the distance between the threshold electrodes is sufficient to maintain and maintain a discharge between the adjacent threshold electrodes; and a material used for forming the i-type semiconductor layer. A gas is introduced into the discharge space between the adjacent strip electrodes from between the adjacent strip electrodes, and flows in a direction (width direction of the strip member) perpendicular to the moving direction of the strip member along the strip electrodes.
A mechanism for applying high-frequency power to the cathode electrode to decompose the material gas by plasma discharge.
【請求項2】 前記しきり状電極間の放電空間に複数種
の材料ガスを導入する際、前記複数種の材料ガスをそれ
ぞれ独立して前記放電空間に導くガス供給手段を備えた
ことを特徴とする請求項に記載の光起電力素子の形成装
置。
2. A gas supply means for introducing a plurality of types of material gases into the discharge space independently when introducing a plurality of types of material gases into the discharge space between the separated electrodes. An apparatus for forming a photovoltaic element according to claim 1.
【請求項3】 連続的に移動する導電性の帯状部材上
に、非単結晶からなる第1の導電型半導体層、i型半導
体層及び第2の導電型半導体層を順次積層した構造体を
1組以上有する光起電力素子の形成方法において、 前記i型半導体層の形成に用いる放電容器として、 放電空間に設置された高周波電力印加電極(以下カソー
ド電極と呼ぶ)の放電空間における表面積が、前記帯状
部材の表面積を含むアノード電極全体の放電空間におけ
る表面積よりも大きな構造を有し、グロー放電生起時に
おけるカソード電極の電位(以下自己バイアスと呼ぶ)
が前記帯状部材を含む接地されたアノード電極に対して
+30V以上の正電位を維持することができ、なおか
つ、フィン状の形状をした前記カソード電極の一部(以
下しきり状電極と呼ぶ)は前記帯状部材の搬送方向に垂
直に複数設置され、前記しきり状電極各々の間隔は隣り
合う前記しきり状電極の間における放電が生起維持する
に充分な間隔を有するカソード構造を有する放電容器を
備えた光起電力素子の形成装置を用い、 前記i型半導体層の形成に用いる材料ガスを隣り合うし
きり状電極の間からしきり状電極間の放電空間内へ導入
するとともに、前記しきり状電極に沿って帯状部材の移
動方向とは直行する方向(帯状部材の幅方向)に流しな
がら、前記カソード電極に高周波電力を印加して前記材
料ガスをプラズマ放電によって分解することによって前
記i型半導体層を形成することを特徴とする光起電力素
子の形成方法。
3. A structure in which a first conductive type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a second conductive type semiconductor layer made of a non-single crystal are sequentially stacked on a continuously moving conductive strip. In the method for forming a photovoltaic element having at least one set, as a discharge vessel used for forming the i-type semiconductor layer, a surface area of a high-frequency power application electrode (hereinafter referred to as a cathode electrode) provided in the discharge space in a discharge space is: It has a structure that is larger than the surface area of the entire anode electrode including the surface area of the strip-shaped member in the discharge space, and the potential of the cathode electrode when a glow discharge occurs (hereinafter referred to as self-bias).
Can maintain a positive potential of +30 V or more with respect to a grounded anode electrode including the strip-shaped member, and a part of the fin-shaped cathode electrode (hereinafter referred to as a cut-off electrode) A light provided with a discharge vessel having a cathode structure, which is provided in plural in a direction perpendicular to the transport direction of the belt-shaped member, and has a gap between each of the gap-shaped electrodes, and a gap between the gap-shaped electrodes adjacent to each other, which has a sufficient gap for generating and maintaining a discharge. Using a device for forming an electromotive element, a material gas used for forming the i-type semiconductor layer is introduced into the discharge space between the adjacent strip electrodes from between the adjacent strip electrodes, and a band is formed along the cut electrode. While flowing in a direction perpendicular to the moving direction of the member (width direction of the strip-shaped member), high-frequency power is applied to the cathode electrode to decompose the material gas by plasma discharge. Forming the i-type semiconductor layer by performing the method.
【請求項4】 前記しきり状電極間の放電空間に導入す
る材料ガスを複数種設け、それぞれ独立して前記放電空
間に導くことで、帯状部材の移動方向に沿って導入され
る材料ガスの組成比(混合比)を変えて前記i型半導体
層を形成することを特徴とする請求項3に記載の光起電
力素子の形成方法。
4. A composition of a material gas to be introduced along a moving direction of a strip-shaped member by providing a plurality of types of material gases to be introduced into a discharge space between the boundary electrodes and guiding them independently to the discharge space. The method according to claim 3, wherein the i-type semiconductor layer is formed by changing a ratio (mixing ratio).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10060002B4 (en) * 1999-12-07 2016-01-28 Komatsu Ltd. Device for surface treatment

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